天然氣站用壓力變送器不同檢定方法分析比較

摘要:在天然氣計量中,壓力變送器作為測量壓力的一次元件得到了廣泛的應用。隨之而來的各種測試方法也在不斷更新變化,檢定、檢測手段更加簡單方便,檢定、檢測能力在逐漸增強,檢測時間逾加快捷,檢定、測試的系統(tǒng)誤差也變得越來越小。特別是在現(xiàn)場檢定、測試中,環(huán)境條件及其它條件很難滿足JJG882--2004《壓力變送器檢定規(guī)程》的要求。嘗試通過不確定評定的方法對現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進行處理,從而找出更加適合于現(xiàn)場檢定的方法。
1檢定項目
　　選取EJA430A壓力變送器一只，測量范圍(0~1)MPa,工作電壓24VDC,輸出信號(4~20)mADC,精度等級0.2級。
2檢定技術條件
　　將數(shù)字壓力計與壓力控制器分別開機檢定,在環(huán)境溫度為15℃、環(huán)境濕度46%RH的相同條件下:分別依次從低量程到高量程,均勻選定出5個檢定點,3個循環(huán)，開始加壓進行分開檢定。
3不一樣的檢定方法所得的不同數(shù)據(jù)結果
　　用數(shù)字壓力計檢定壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結果，如表1所示。
 
　　基本誤差(mA):允許值0.032;實際最大值0.016;
　　回程誤差(mA):允許值0.032;實際最大值0.004。
　　用壓力控制器檢定壓力變送器數(shù)據(jù)結果,如表2所示。
 
　　基本誤差(mA):允許值0.032;實際最大值0.021
　　回程誤差(mA):允許值0.032;實際最大值0.007
4對用數(shù)字壓力計檢定壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結果進行不確定度分析
4.1評定依據(jù)
　　JJG882--2004《壓力變送器檢定規(guī)程》
　　JJF1059--1999《測量不確定度評定與表示》。
4.2數(shù)學模型
 
　　式中:△I一壓力變送器的輸出誤差,mA;1]-壓力變送器電流輸出量程,mA;Im一壓力變送器輸出電流值,mA;Pf一壓力變送器壓力輸人量程,KPa;Ps一數(shù)字壓力計標準壓力值,KPa;I0一壓力變送器輸出起始值,mA;
4.3檢定方法
　　由上一級數(shù)字壓力計通過比較法直接對下一級壓力變送器進行檢定。數(shù)字壓力計的測量范圍為(0~7)MPa,精度級別0.025級。被檢壓力變送器的壓力測量范圍為(0~1)MPa,電流輸出范圍為(4~20)mA,精度級別為0.2級。將標準器與被檢儀器安裝在同一壓力源上,由NPAK壓力源提供氮氣氣源,并由NPAK壓力源來調(diào)節(jié)壓力的大小。在整個范圍內(nèi)均勻選取5個壓力點，進行了3個循環(huán)的檢定。
　　檢定環(huán)境的溫度:15C;檢定環(huán)境的濕度:46%RH;檢定介質(zhì):純凈氮氣。
4.4不確定度來源
(1)被測壓力變送器示值標準不確定度u(Im)
　　壓力變送器電流輸出多次重復性測量引起的標準不確定度分量u（`△`I1）
　　數(shù)字壓力計直流電流表的示值誤差引人的標準不確定度u(I)。
(2)數(shù)字壓力計引人的標準不確定度分量u(ps)
4.5標準不確定度分量的評定
　　壓力變送器電流輸出多次重復性測量引起的標準不確定度分量u(`△I)。
 
　　由數(shù)字壓力計操作手冊查出數(shù)字壓力計直流電流表部分的示值誤差為±(0.015%RDG+0.002)mA,壓力變送器的最大輸出電流為20mA,則最大允許誤差為±0.005mA。則由數(shù)字壓力計電流表所引人的標準不確定度為:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(3)
　　按u(I)具有95%的可信度估計,則它的不可信度即其相對標準不確定度為5%，則
u(I)的自由度200。
(3)數(shù)字壓力計引人的標準不確定度分量u1(p3)
　　由數(shù)字壓力計的測試證書中查出,壓力部分的示值誤差為±0.025%FS,數(shù)字壓力計的壓力量程為7MPa,即最大允許誤差為±0.00175MPa。則數(shù)字壓力計壓力部分引人的不確定度按均勻分布:
U1(ps)=0.00175/√3=0.0010MPa(4)
　　按u1(ps)具有95%的可信度估計,則它的不可信度即其相對標準不確定度為5%,則u1(ps)的自由度200。
4.6合成標準不確定度
　　由于被測壓力變送器示值標準不確定度u(lm)和數(shù)字壓力計示值標準不確定度u(ps)是相互獨立的,根據(jù)不確定度傳播定律,壓力變送器示值誤差合成標準不確定度為:
 
 
4.7擴展不確定度
　　當給出置信概率p=95%時,擴展不確定度:U95=K95uc(△I)=0.0078mA,k95=2。.
4.8結論
　　被檢壓力變送器示值最大允許誤差的絕對值MPEV為0.032mA,示值誤差的不確定度U95≤1/4MPEV,且示值誤差在被檢壓力變送器的最大允許誤差限內(nèi),因此可以判定被檢壓力變送器合格。該評定方法適用于不同量程的壓力變送器的示值誤差不確定度的評定。
5對壓力控制器測試壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結果進行不確定度分析.
5.1檢定方法
　　由上一級壓力控制器通過設定壓力值對下一級壓力變送器進行檢定。壓力控制器的測量范圍為(0~7)MPa,精度等級0.001級。被檢壓力變送器的壓力測量范圍為(0~1)MPa,電流輸出范圍為(4~20)mA,精度等地為0.2級。將壓力控制器與被檢儀器串聯(lián)安裝在同一壓力源上，由氮氣瓶提供氮氣氣源，由壓力控制器來作為標準器并控制壓力的大小。在整個范圍內(nèi)均勻選取5個壓力點,進行了3個循環(huán)的檢定。
檢定環(huán)境的溫度:15℃;檢定環(huán)境的濕度:46%RH;檢定介質(zhì):純凈氮氣。
5.2不確定度來源
(1)被測壓力變送器示值標準不確定度u(Im)
(2)壓力控制器的標準不確定度分量u(ps)
5.3標準不確定度分量的評定
(1)壓力變送器電流輸出多次重復性測量引起的標準不確定度分量u(OI)。
　　由表2的檢定數(shù)據(jù),得到示值重復性的標準不確定度分量:
 
(2)直流電流表的示值誤差引人的標準不確定度u(I)。
　　直流電流表部分的示值誤差為±(0.015%RDG+0.002),壓力變送器的最大輸出電流為20mA,則最大允許誤差為±0.002mA。則由數(shù)字壓力計電流表所引人的標準不確定度為:
u(I)=0.005/√3=0.0029mA(15)
　　按u(1)具有95%的可信度估計,則它的不可信度即其相對標準不確定度為5%,則u(I)的自由度為200。
(3)壓力控制器引人的標準不確定度分量u1(p;)。
　　由壓力控制器的檢定證書中查出,壓力部分的示值誤差為±0.01%FS,數(shù)字壓力計的壓力量程為7MPa,即最大允許誤差為±0.0007MPa。則數(shù)字壓力計壓力部分引人的不確定度為:
 
 
6結論及建議
6.1結論
　　從以上的數(shù)據(jù)結果比較分析:數(shù)字壓力計的不確定度為0.0078mA;壓力控制器的不確定度為0.0088mA。用數(shù)字壓力計檢定的壓力變送器所得的不確定度小于用壓力控制器檢定的壓力變送器的不確定度,不確定度小說明精度高,可靠性強。兩者所得的數(shù)據(jù)結果均小于壓力變送器的基本誤差允許值0.032mA,符合不確定度的分析研究。
　　從兩種不同的方法分別檢定的同一只壓力變送器所得的數(shù)據(jù)結果:(數(shù)字壓力計檢定的壓力變送器實際誤差;最大值是0.016mA,壓力控制器檢定的壓力變送器實際誤差最大值是0.021mA)也體現(xiàn)出這一點。也就是說:用數(shù)字壓力計檢定的同一只壓力變送器比用壓力控制器檢定同一只壓力變送器誤差要小0.005mA。
從現(xiàn)場實際情況來看:
(1)數(shù)字壓力計從低量程到高量程依次加壓,壓力值比較穩(wěn)定,脈動小，可靠性高。而壓力控制器從低量程到高量程依次加壓，因開機時間較短,沒有充分預熱,儀器穩(wěn)定較差,壓力值有時不固定,波動比較大,經(jīng)常在幾個數(shù)值內(nèi)跳動,取樣時間較長。
(2)數(shù)字壓力計攜帶方便，電池供電,可帶到現(xiàn)場不拆卸壓力變送器進行檢定,但需要有人協(xié)助進行數(shù)據(jù)的記錄;壓力控制器通過觸屏按鍵設置自動打壓,操作方便,可以一人獨立完成操作及數(shù)據(jù)記錄,但是壓力控制器攜帶不便,需要220V電源供電,儀器預熱穩(wěn)定時間在2小時左右,對環(huán)境溫度要求較高,且需配置瓶裝氮氣提供氣源,很灘進行現(xiàn)場操作。
6.2建議
(1)隨著天然氣計量中所選壓力變送器的精度越來越高,及現(xiàn)場不拆卸檢定所體現(xiàn)出來的優(yōu)越性,對檢定用標準器提出了更高的要求。精度等級高、穩(wěn)定時間短、穩(wěn)定性好、攜帶方便、讀數(shù)方便的標準器體現(xiàn)出來了更多的優(yōu)越性。
(2)從數(shù)據(jù)的分析也可以看出，精度高、讀數(shù)電流表誤差小，減少了不確定度的傳遞,所以選用精度等級更高的壓力模塊，讀數(shù)誤差更小的電流表也可以減小裝置的不確定度。