摘 要: 本文介紹了實(shí)驗室參加 CNAS 組織的壓力變送器校準能力驗證活動(dòng)情況，對本次能力驗證過(guò)程進(jìn)行了分析。按照 JJF 1059. 1 － 2012 《測量不確定度的評定與表示》以及 JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規程》，對各校準點(diǎn)的各不確定度分量主要來(lái)源進(jìn)行分析與評定，根據壓力變送器校準的測量模型對其合成不確定度進(jìn)行評定，結合測量數據計算出合成標準不確定度和擴展不確定度。根據參比實(shí)驗室及參考實(shí)驗室的能力驗證數據，計算 En值。數據表明: 參比實(shí)驗室參加能力驗證結果為滿(mǎn)意。
0 引言
壓力變送器作為壓力計量器具，被廣泛應用于航空航天、國防科技工業(yè)、石油化工及精密儀表工業(yè)中。為了確定本單位靜態(tài)壓力實(shí)驗室校準壓力變送器的能力，保證靜態(tài)壓力量值傳遞的準確性，我所參加了 CNAS 組織的壓力變送器校準能力驗證活動(dòng)。通過(guò)參與本次能力驗證活動(dòng)，客觀(guān)反映了本實(shí)驗室校準壓力變送器的能力，同時(shí)增加了客戶(hù)對本實(shí)驗室的信心。
1、能力驗證過(guò)程概述
本次能力驗證要求參比實(shí)驗室依據 JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規程》，按照參比實(shí)驗室的校準和測量能力，對壓力變送器的正行程測量誤差進(jìn)行校準。本次能力驗證的樣品信息及校準點(diǎn)如表 1所示。
1. 1 測量依據
JJG 882 － 2019《壓力變送器檢定規程》。
1. 2 環(huán)境條件
溫度 20. 0℃，相對濕度 63% 。
1. 3 計量標準
智能數字壓力校驗儀( 具備壓力測量功能和電流測量功能，同時(shí)提供 DC24V 的電壓輸出) 。壓力測量范圍: ( 0 ～6) MPa，準確度等級:0. 05 級;電流測量范圍: ( 0 ～ 30) mA，#大允許誤差: ± ( 0. 02% ＲD + 0. 003% FS) 。
1. 4 被測對象
壓力變送器，測量范圍: ( 0 ～ 6) MPa，輸出電流: ( 4 ～ 20) mA。
1. 5 測量過(guò)程
按照 JJG 882 － 2019，將樣品和標準器接到壓力泵上，然后按以下步驟進(jìn)行: ( 1) 將標準器和壓力變送器通 電 預 熱 30min; ( 2 ) 平穩升壓至量程上限6MPa 處，保持壓力穩定 30s，緩慢降至量程下限; ( 3) 逐 漸 平 穩 升 壓，從低壓到高壓逐點(diǎn)測量，在 0MPa、2MPa、4MPa、6MPa 壓力點(diǎn)分別記錄壓力變送器輸出的電流值，然后緩慢泄壓，以此方法重復測量6 次。
2 測量模型及測量不確定度分析
2. 1 測量模型
ΔI = Id － It
式中: ΔI—壓力變送器輸出電流誤差，mA; Id—壓力變送器實(shí)際輸出電流值( 即數字壓力校驗儀電流檔讀數值) ，mA; It—輸出電流理論值，mA;
其中:
故測量模型可表示為:
故測量模型可表示為: 式中: P—標準器輸入壓力值，MPa; Im—壓力變送器電流輸出量程，mA; Pm—壓力變送器壓力量程，MPa; I0—壓力變送器輸出起始值，mA。由測量模型可得靈敏系數為:
2. 2 標準不確定度評定
2. 2. 1 輸入量 P 引入的標準不確定度 u( P)
輸入量 P 引入的標準不確定度主要來(lái)源于標準器壓力的示值誤差，其#大允許誤差為: ± 0. 05% FS，按均勻分布考慮，則:
2. 2. 2 輸入量Id引入的標準不確定度 u( Id )
輸入量 Id引入的標準不確定度主要來(lái)源是數字壓力校驗儀電流檔的示值誤差和測量重復性。
( 1) 三暢數字壓力校驗儀電流檔示值誤差引入的標準不確定度 u( Id1 )數字壓力校驗儀電流檔#大允許誤差: ± ( 0. 02% ＲD + 0. 003% FS)按均勻分布考慮，則:
0MPa 校準點(diǎn):
2MPa 校準點(diǎn):
4MPa 校準點(diǎn):
6MPa 校準點(diǎn):
( 2) 輸出電流測量重復性引入的標準不確定度u( Id2 )
當輸入壓力為 0MPa 時(shí)，在重復性條件下，對正行程連續測量10 次，得到一組測量值( 單位: mA) 為:
3. 9988、3. 9986、3. 9986、3. 9988、3. 9986、 3. 9984、3. 9984、3. 9986、3. 9988、3. 9984
本次校準要求對壓力變送器進(jìn)行 6 個(gè)正行程的測量，取 6 次測量的平均值作為測量結果，則:
（由于電流測量分辨力為 0. 0001mA，故由電流測量分辨力引入的標準不確定度分量為: 0. 29 × 0. 0001mA = 0. 000029mA，小于由重復性引入的標準不確定度分量，故在此不考慮分辨力所引入的標準不確定度分量。)
以此方法，對 2MPa 點(diǎn)、4MPa 點(diǎn)、6MPa 點(diǎn)分別進(jìn)行重復性測量，結果如表 2 所示。
2. 3 標準不確定度( 見(jiàn)表 3)
2. 4 合成標準不確定度uc( ΔI)
2. 5 擴展不確定度的評定
取包含因子 k = 2，則: 0MPa 校準點(diǎn): 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00471 = 0. 00942mA 2MPa
校準點(diǎn): 取 U = 0. 010mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00488 = 0. 00976mA 4MPa
校準點(diǎn): 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00511 = 0. 01022mA 6MPa
校準點(diǎn): 取 U = 0. 011mA U = k × uc ( ) ΔI = 2 × 0. 00541 = 0. 01082mA
2. 6 測量不確定度的報告與表示
0MPa 校準點(diǎn): ΔI = － 0. 001mA，
U = 0. 010mA; k = 2
2MPa 校準點(diǎn): ΔI = + 0. 006mA，
U = 0. 010mA; k = 2
4MPa 校準點(diǎn): ΔI = + 0. 014mA，
U = 0. 011mA; k = 2
6MPa 校準點(diǎn): ΔI = + 0. 023mA，
U = 0. 011mA; k = 2
3 能力驗證結果評價(jià)
3. 1 評價(jià)方法
對于實(shí)驗室提交的結果，按照下式計算En值:
式中: XLAB—參比實(shí)驗室的結果; XＲEF—參考值; ULAB—參比實(shí)驗室結果的測量不確定度; UＲEF—參考值的測量不確 定度; ULAB和UＲEF的包含概率均為 95% 。
3. 2 評價(jià)準則
3. 3 本次能力驗證結果評價(jià)
本次能力驗證本實(shí)驗室和參考實(shí)驗室測量結果和不確定度如表 4 所示。
由表4 可以看出，本實(shí)驗室在 0MPa、2MPa、4MPa、 6MPa4 個(gè)校準點(diǎn)計算出的En值均小于 1，故本實(shí)驗室參加壓力變送器校準能力驗證結果為滿(mǎn)意。
4 能力驗證中應注意的事項
壓力變送器能力驗證的過(guò)程，應注意以下三個(gè)方面:
( 1) 實(shí)驗室環(huán)境: 實(shí)驗室應具有規程規定的環(huán)境條件，同時(shí)為使主標準器和樣品達到熱平衡，樣品到達后要提前放入實(shí)驗室，與主標準器在該環(huán)境條件下穩定 2h 以上，以避免樣品溫度與實(shí)驗室環(huán)境溫度相差過(guò)大而影響校準結果。
( 2) 計量標準: 本次能力驗證采用的主標準器
為數字壓力計，由于數字壓力計的穩定性問(wèn)題，除了對數字壓力計進(jìn)行周期檢定外，還應定期對數字壓力計進(jìn)行期間核查，以保證標準器示值誤差在允差范圍內。
( 3) 傳壓介質(zhì): 校準使用氣體介質(zhì)時(shí)，氣體應清潔干燥; 校準所使用介質(zhì)為液體時(shí)，其運動(dòng)粘度與酸值等關(guān)鍵指標應符合檢定規程要求，校準所用介質(zhì)不能含有雜質(zhì)，新添加的校準介質(zhì)應放置一段時(shí)間后再行使用，以使介質(zhì)溫度與室溫大體一致，避免介質(zhì)溫度對校準結果的影響。
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