摘要:本文介紹了實驗室參加CNAS組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證活動情況，對本次能力驗證過程進行了分析。按照J(rèn)JF1059.1－2012《測量不確定度的評定與表示》以及JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，對各校準(zhǔn)點的各不確定度分量主要來源進行分析與評定，根據(jù)壓力變送器校準(zhǔn)的測量模型對其合成不確定度進行評定，結(jié)合測量數(shù)據(jù)計算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴展不確定度。根據(jù)參比實驗室及參考實驗室的能力驗證數(shù)據(jù)，計算En值。數(shù)據(jù)表明:參比實驗室參加能力驗證結(jié)果為滿意。dtJ壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
0引言
壓力變送器作為壓力計量器具，被廣泛應(yīng)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)壓力實驗室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，保證靜態(tài)壓力量值傳遞的準(zhǔn)確性，我所參加了CNAS組織的壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證活動。通過參與本次能力驗證活動，客觀反映了本實驗室校準(zhǔn)壓力變送器的能力，同時增加了客戶對本實驗室的信心。
1、能力驗證過程概述
本次能力驗證要求參比實驗室依據(jù)JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》，按照參比實驗室的校準(zhǔn)和測量能力，對壓力變送器的正行程測量誤差進行校準(zhǔn)。本次能力驗證的樣品信息及校準(zhǔn)點如表1所示。
1.1測量依據(jù)
JJG882－2019《壓力變送器檢定規(guī)程》。
1.2環(huán)境條件
溫度20.0℃，相對濕度63%。
1.3計量標(biāo)準(zhǔn)
智能數(shù)字壓力校驗儀(具備壓力測量功能和電流測量功能，同時提供DC24V的電壓輸出)。壓力測量范圍:(0～6)MPa，準(zhǔn)確度等級:0.05級;電流測量范圍:(0～30)mA，非常大允許誤差:±(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測量過程
按照J(rèn)JG882－2019，將樣品和標(biāo)準(zhǔn)器接到壓力泵上，然后按以下步驟進行:(1)將標(biāo)準(zhǔn)器和壓力變送器通電預(yù)熱30min;(2)平穩(wěn)升壓至量程上限6MPa處，保持壓力穩(wěn)定30s，緩慢降至量程下限;(3)逐漸平穩(wěn)升壓，從低壓到高壓逐點測量，在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa壓力點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(fù)測量6次。
2測量模型及測量不確定度分析
2.1測量模型
I=Id－It
式中:I壓力變送器輸出電流誤差，mA;Id壓力變送器實際輸出電流值(即數(shù)字壓力校驗儀電流檔讀數(shù)值)，mA;It輸出電流理論值，mA;
其中:故測量模型可表示為:
式中:P標(biāo)準(zhǔn)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(shù)為:
2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
2.2.1輸入量P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)
輸入量P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)器壓力的示值誤差，其非常大允許誤差為:±0.05%FS，按均勻分布考慮，則:
2.2.2輸入量Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id)
輸入量Id引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源是數(shù)字壓力校驗儀電流檔的示值誤差和測量重復(fù)性。
(1)三暢數(shù)字壓力校驗儀電流檔示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id1)數(shù)字壓力校驗儀電流檔非常大允許誤差:±(0.02%ＲD+0.003%FS)按均勻分布考慮，則:
0MPa校準(zhǔn)點:
2MPa校準(zhǔn)點:
4MPa校準(zhǔn)點:
6MPa校準(zhǔn)點:
(2)輸出電流測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Id2)
當(dāng)輸入壓力為0MPa時，在重復(fù)性條件下，對正行程連續(xù)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(zhǔn)要求對壓力變送器進行6個正行程的測量，取6次測量的平均值作為測量結(jié)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(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:0.290.0001mA=0.000029mA，小于由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，故在此不考慮分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。)
以此方法，對2MPa點、4MPa點、6MPa點分別進行重復(fù)性測量，結(jié)果如表2所示。
dtJ壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度(見表3)
2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(I)
2.5擴展不確定度的評定
取包含因子k=2，則:0MPa校準(zhǔn)點:取U=0.010mAU=kuc()I=20.00471=0.00942mA2MPa
校準(zhǔn)點:取U=0.010mAU=kuc()I=20.00488=0.00976mA4MPa
校準(zhǔn)點:取U=0.011mAU=kuc()I=20.00511=0.01022mA6MPa
校準(zhǔn)點:取U=0.011mAU=kuc()I=20.00541=0.01082mA
2.6測量不確定度的報告與表示
0MPa校準(zhǔn)點:I=－0.001mA，
U=0.010mA;k=2
2MPa校準(zhǔn)點:I=+0.006mA，
U=0.010mA;k=2
4MPa校準(zhǔn)點:I=+0.014mA，
U=0.011mA;k=2
6MPa校準(zhǔn)點:I=+0.023mA，
U=0.011mA;k=2
3能力驗證結(jié)果評價
3.1評價方法
對于實驗室提交的結(jié)果，按照下式計算En值:
式中:XLAB參比實驗室的結(jié)果;XＲEF參考值;ULAB參比實驗室結(jié)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評價準(zhǔn)則
3.3本次能力驗證結(jié)果評價
本次能力驗證本實驗室和參考實驗室測量結(jié)果和不確定度如表4所示。
由表4可以看出，本實驗室在0MPa、2MPa、4MPa、6MPa4個校準(zhǔn)點計算出的En值均小于1，故本實驗室參加壓力變送器校準(zhǔn)能力驗證結(jié)果為滿意。
4能力驗證中應(yīng)注意的事項
壓力變送器能力驗證的過程，應(yīng)注意以下三個方面:
(1)實驗室環(huán)境:實驗室應(yīng)具有規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件，同時為使主標(biāo)準(zhǔn)器和樣品達到熱平衡，樣品到達后要提前放入實驗室，與主標(biāo)準(zhǔn)器在該環(huán)境條件下穩(wěn)定2h以上，以避免樣品溫度與實驗室環(huán)境溫度相差過大而影響校準(zhǔn)結(jié)果。
(2)計量標(biāo)準(zhǔn):本次能力驗證采用的主標(biāo)準(zhǔn)器
為數(shù)字壓力計，由于數(shù)字壓力計的穩(wěn)定性問題，除了對數(shù)字壓力計進行周期檢定外，還應(yīng)定期對數(shù)字壓力計進行期間核查，以保證標(biāo)準(zhǔn)器示值誤差在允差范圍內(nèi)。
(3)傳壓介質(zhì):校準(zhǔn)使用氣體介質(zhì)時，氣體應(yīng)清潔干燥;校準(zhǔn)所使用介質(zhì)為液體時，其運動粘度與酸值等關(guān)鍵指標(biāo)應(yīng)符合檢定規(guī)程要求，校準(zhǔn)所用介質(zhì)不能含有雜質(zhì)，新添加的校準(zhǔn)介質(zhì)應(yīng)放置一段時間后再行使用，以使介質(zhì)溫度與室溫大體一致，避免介質(zhì)溫度對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。
