压力传感器（静态）的不确定度评定

冯皆成

0、【摘要】；本文以PG-06为例介绍了压力传感器（静态）的检定装置及检定结果的不确定度来源与评定过程

引言：压力传感器是一种常见的工作仪器，其构件组成通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。工作状态是通过测量压力并根据相应的规律把压力逐渐转变成电信号，由于显示较为直观，广泛应用于新能源汽车，新兴电子元器件以及工业自动化生产，分析压力传感器的不确定度可以有效区分测量结果的好坏，对行业检测结果有着直观的效果。

【关键词】：压力传感器（静态）、不确定度评定

测量依据:JJG860-2015《压力传感器(静态)》

1、测量方法及压力参数:   

1.1检测标准器装置为精度等级为0.05级的活塞式压力计，将压力传感器装置于活塞压力计上，连接处不得泄漏，连接导线加置稳压电源处，并通过由数字多用表测得测量的电压值。通过采用多次测量，采用比较法测量压力传感器的示值误差，得到的被检测的压力传感器的理论输出值减去数字多用表采得的测量电压值之差为示值误差

测量模型：示值误差等于被检压力传感器的理论输出值减去数字多用表测量值

2、测量标准不确定度来源分析：

2.1活塞压力计的有效面积纳入的标准不确定度分量,

2.2配套砝码与连接套杆质量纳入的标准不确定度分量

2.3环境温度变化纳入的标准不确定度分量,

2.4测量重复性纳入的标准不确定度分量,

2.5数字多用表电压的测量值误差纳入的标准不确定度分量。

3、测量标准不确定度来源计算：

3.1标准器的不确定度主要源于活：活塞的有效面积纳入的标准不确定度的分量：

众所周知承受压力的活塞有效面积等于活塞的横截面积加上环隙面积之和，利用活塞有效面积的概念可以去除工作介质的摩擦阻力，在正常工作时不需要考虑摩擦阻力的修正值。

通过测量计算得知标准器0.05级的活塞式压力计的有效面积为0.100cm2 ，通过查看取其最大允许误差±0.02%，在配套砝码装载过程中，活塞压力计正常工作条件下，承重底盘的平面处于水平位置时，需以（30~60）转每分钟的角度按顺时针方向自由旋转，活塞杆套浸入活塞筒的部分应等于活塞全长的三分之二，0.05级活塞压力计有效面积最大允许误差为±0.02%，：

设视为均匀分布的情况下：转换系数纲量得到：

3.2 0.05级活塞压力计输出对应配套砝码与连接处导杆有质量导致的重力加速度纳入的标准不确定度：

加载标准砝码对应的压力有为0.1MPa、0.5MPa，标准情况下需要得到压力6MPa时，放置相应砝码，通过电子天平称重量得知总质量m为10.4kg，取其最大允许误差，设活塞压力计正常工作条件下，按照查表选取不确定度的B类评定得到：

设视为均匀分布的情况下：转换系数纲量得到：.

3.3实验环境的不稳定性带来的温度差异变化纳入的标准不确定度

通过查看使用须知0.05级活塞压力计的环境温度要求为℃，应该进行温度修正

通过查看使用手册以及查阅相关资料得知：该活塞压力计的材料为不锈钢耐压合金钢材，活塞材料的线膨胀系数为

该测量压力传感器时，设活塞压力计正常工作条件下，分测条件为5档，输出压力值为6MPa时，选取峰值的不确定度的B类评定得到：

设视为均匀分布的情况下：转换系数纲量得到：

3.3当地重力加速度及其他纳入的标准不确定

通过查看JJG59-2007活塞式压力计检定规程，图标详细的举例出了中国国内各主要城市的重力加速度值，在此可以选取表格内部相对应的重力加速度值纳入的标准不确定度分量，通过查表得知此项研究中的重力加速度的影响可以对标准不确定度分量的影响可以忽略不计，但仍有对研究标准数据影响的其他因素

1. JJG860-2015压力传感器（静态）检定规程附录A中规定了活塞式压力计与被检定压力传感器的参考位置应在同一水平面上，引入的误差可以忽略不计。
2. 在标准大气压的情况下，受压面介质的高度差以及表面张力、压力计的弹性形变、空气密度比、鉴别力温度变化代入的标准不确定分量均可忽略不计。

3.4传感器重复性纳入的标准不确定度U4：

重复性是指传感器在相同工作条件下，输入按同导向做全测量范围连续变动多次时，特性曲线的不一致性，其工作条件带来具有不可避免性的误差：

选取该传感器满量程出厂标准电压对应压力量程与标准压力表对比连续测量得出10次数据：

6.001V、6.002V、6.000V、6.002V、6.000V、6.002V、6.001V、6.001V、6.001V、6.001V。

按照查表选取不确定度的A类评定并计算加权平均值:则

3.5数字多用表的分辨力误差纳入的标准不确定度分量（电压）:

作为构成计量标准器的主要配套设备是数字多用表,该数字多用表经上级计量机构检定符合相对应的技术指标：

该数字多用表技术说明书及测量条件下得知，在满量程测量点计算得

设视为均匀分布的情况下:转换系数纲量得到：

4、不确定分量一览；

不确定度分量	不确定度来源	转换系数纲量后 不确定度值
U1	活塞压力计的有效面积纳入的标准不确定度分量	1.92×10-4
U2	配套砝码与连接套杆质量纳入的标准不确定度分量	2.00×10-4
U3	环境温度变化纳入的标准不确定度分量	4.1×10-5
U4	测量重复性纳入的标准不确定度分量	0.00045
U5	数字多用表电压的测量值误差纳入的标准不确定度分量	1.3×10-5

将上述各分量合

通过查看取扩展不确定度，其中（k值取2），

5、应用范围

本文通过对压力传感器（静态）的不确定度评定的不确定度分量来源同样可以计算出压力变送器的各项指标通过与上级计量技术机构的检定结果相比较，用比较法得出计算结果，得到相对应扩展不确定度。

6、结束语

压力传感器在生活中较为普遍，为了保证得到的结果相对统一、精确、可靠，测量结果的不确定度就显得尤为重要。本文从各方面对压力传感器的不确定度进行评定，便于使用者使用时可以正确获得其使用的测量数据，保证各样实验结果的精准。

参考文献：

[1]王志超，张志杰，赵晨阳.压力传感器的模型不确定度研究[J].测试技术学报.2020.34(01)：54-60.

[2]航强.压力传感器测量不确定度评定[J].工业计量，2015,25（S2）：110-112.

[3]张友康，甘蓉.压力传感器测量中不确定度的评定[J].中国测试技术，2005（06）：25-26+71.