压力传感器测量误差不确定度分析概要

压力传感器测量结果不确定度的评定

王学辉;蔡春林

【期刊名称】《计量与测试技术》

【年(卷),期】2012(039)005

【摘 要】压力传感器是一种把压力大小转变成电信号的一种测量设备.广泛应用于计算机控制的数据采集系统.其测量不确定度的分析,有效地反应出该变送器的品质好坏.对于自动控制的产品质量有其重要意义.

【总页数】2页(P60,63)

【作 者】王学辉;蔡春林

【作者单位】空军航空修理中心计量站,湖北襄樊441002;空军航空修理中心计量站,湖北襄樊441002

【正文语种】中 文

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张婷：数字压力计潮量结果不确定度的分析与撂讨　

数字压力计测量结果不确定度的分析与探讨　

Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｇａｕｇｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｒｅｓｕｌｔ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ａｎｄ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　

张　婷　

（贵州省计量测试院，贵州贵阳５５０００３）　

摘要：数字压力计是通过传感器的敏感元件和转换元件组成，它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变　

换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。因此，为了保证结果的正确性和准确度的统一，　

必须定期对数字压力计进行校准，避免对于那些稳定性比较差的、低准确度等级的数字压力计而言，在周期内的使用就可能产生许多不可预知的结　

果。常用的相对比较法进行测量，本文主要采用相对比较法对数字压力计测量不确定度进行比较，并且实际测量了几组数据，通过分析，取得了良好　

的效果。　关键词：数字压力计；结果统一；不确定度　

１　引言　

随着压力传感器技术和型号处理技术的迅速发展，　

作为两者相结合的数字压力计，由于其简便易操作、性能　

稳定、体积小、读数直观方便、精度高等优点，更好的代替　

传统机械式指针压力表进行现场测量压力，适用于普通　

工作压力表、精密压力表和压力变送器的校验与检定，已　

被广大计量工作者接受和认可。对大多数使用者而言，　

往往最关心的是数字压力计的准确度，也就是我们平常　

所说的准确度等级，由于检测的过程基本是在环境条件　

很好的实验室进行的，主要检测依据ＪＧ８７５—２ＯＯ５（（数字　

压力计》国家计量检定规程，一般是通过判断但是检测结　

果的极限误差来确定其准确度等级，而往往忽略了数字　

压力计由于使用的环境不同，出厂时的一些相关指标的　

不同，其使用中的不确定因素就很多。　

２数字压力计示值误差引入的问题与分析　

２．１示值多次重复性测量引起的不确定度　

测量重复性是指，在相同测量条件下，对同一被测量　

压力表示值误差测量结果的不确定度评定

压力表示值误差是衡量压力测量准确性的重要指标。然而，由于多种因素的干扰，压力表示值误差很难完全避免，因此需要评定其不确定度。本文将详细介绍压力表示值误差的不确定度评定方法。

一、误差来源的分类

在评定压力表示值误差的不确定度前，需要先了解误差来源及其分类。压力表示值误差的主要来源包括：

1.传感器精度误差：由于传感器自身制造、操作、环境等方面的因素，造成的测量结果与真值之间的偏差。

2.传感器零点漂移误差：在长时间的使用和不同环境温度下，传感器产生的自动偏移。

3.传感器灵敏度漂移误差：由于传感器在不同温度、湿度、噪声等方面的干扰导致的灵敏度变化。

4.传感器线性误差：传感器输出与输入信号之间的偏差，使得各个测量范围内的响应曲线不是严格的线性关系。

5.环境噪声：来自外部环境（如机器振动、气流、电磁辐射等）对传感器精度产生的影响。

二、基本公式

$$U_e^2 = U_A^2 + U_B^2 + U_C^2$$

其中，$U_e$为压力表示值误差的不确定度；$U_A$为测量中由于标准差的影响产生的不确定度；$U_B$为标准偏差的不确定度引起的不确定度；$U_C$为误差来源引起的不确定度，包括传感器零点漂移等。

$$U_A=\frac{s}{\sqrt{3N}}$$

其中，$s$为样本标准偏差，$N$为样本数，$k$为置信度系数（一般取2），$S$为标准偏差，$n$为标准差阶段数。

三、具体步骤

2.确定置信度水平：置信度水平决定了评估不确定度需要采用的统计方法。根据实际需要，制定置信度分别为95%、99%等。 3.收集数据：通过实验、测量等方式收集相关数据，包括压力表示值、误差来源、标准偏差及样本数据等。

4.计算不确定度：根据公式计算各个误差来源的不确定度，然后将其加总，得到压力表示值误差的不确定度。

《计量与溺试技术》２０、２年第３９卷第５期　

压力传感器测量结果不确定度的评定　

Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒｓ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｉｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　

王学辉蔡春林　

（空军航空修理中心计量站，湖北襄樊４４１００２）　

摘要：压力传感器是一种把压力大小转变成电信号的一种测量设备。广泛应用于计算机控制的数据采集系统。其测量不确定度的分析，有效地反　应出该变送器的品质好坏。对于自动控制的产品质量有其重要意义。　关键词：数学模型；灵敏系数；不确定度；Ａ类不确定度评定　

计算不确定度的目的，一是最大程度的满足客户对　

于我们产品的安全性的要求。检测它不仅仅是示值准　确，还有就是可以让客户了解这个产品是否可以满足他　

们自己的技术（参数）要求。　

评定不确定度时，我们选用最差点评定法，其结果相　

对来说是最安全的，而且最效率。方法就是在检测时，对　于最差的测量点进行评定。所谓最差的就是变差最大的　

点。根据木桶原理（木桶的盛水量不是由最高的木块决　定的，而是由最低的木块决定。），因而我们的数据最保　

守，如果最保守的数据能够满足客户的需求，那么其它点　

就更加没有问题。　１标准、方法及环境条件　１．１测量依据：参照ＪＪＧ８８２—２００４（压力传感器（静态）　

检定规程》　１．２环境条件：温度２０℃，湿度６２％。　

１．３测量设备：二等活塞压力计数字多用表ＨＰ３４４００１　

１．４被测对象：０．２５级，量程（Ｏ　１０）ＭＰａ供电ｌｍＡ　２数学模型　

ＡＶ＝　一　式中：　一传感器实际输出值ｍＶ；　

一由标准压力值计算出的理论电压值。　

＝ｏ＋６（Ｐ一　）ｂ＝　

式中：Ｐ一活塞压力计产生的压力值；ＰＬ一传感器的　

下限值；Ｐ　一传感器的上限值；　一变送器输出上限值；　

一变送器输出下限值；口一直线方程的截距；６一直线　

方程的斜率。　

３方差公式和灵敏度系数　

△　＝　一（ａ＋ｂ（Ｐ—Ｐ１））　

ｃ　＝　＝１　Ｃ２－　＝一ｂ