壓力傳感器測量誤差不確定度分析

1、吉林省計量科學(xué)研究院作業(yè)指導(dǎo)書文件編號： ZY/JLY BQD 0692005-2頁 碼： 第 1 頁 共 5 頁第 1 版 第 1 次修訂標(biāo)題線性壓力傳感器（靜態(tài)）基本誤差不確定度評定批準(zhǔn)人實施日期2009年05月08日線性壓力傳感器（靜態(tài)）基本誤差不確定度評定吉林省計量科學(xué)研究院：張攀峰 李德輝 韓曉飛 孫俊峰1、評定依據(jù)：JJG 860-1994 壓力傳感器（靜態(tài)） JJF 1059-1990 測量不確定度評定與表示 JJF 1094-2002 測量儀器特性評定2、測量方法:檢定/校準(zhǔn)、檢測裝置由標(biāo)準(zhǔn)器（在此為0.02級活塞式壓力計）、壓力源、三通接頭用導(dǎo)壓管連接起來而組成，導(dǎo)壓管另一端

2、與壓力傳感器（以下簡稱傳感器）連接起來，連接處不得泄漏，外加對傳感器供電電源，并由數(shù)字電壓表讀取傳感器輸出。通過采用多次循環(huán)測量確定被測傳感器工作直線方程的方法進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)、檢測。3、數(shù)學(xué)模型依據(jù)JJG 860 1994 壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程可知，線性壓力傳感器的基本誤差公式為：A =（S+LH）-（1）式中：A傳感器各檢定/校準(zhǔn)、檢測點的基本誤差（以絕對誤差表示） LH傳感器各檢定/校準(zhǔn)、檢測點系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量3 方差和靈敏度系數(shù) 式中：靈敏度系數(shù)C1=C2=1 則：4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表表1:標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度mV由傳感器重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.004

3、3510.00435由傳感器系統(tǒng)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.0062710.006275 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的計算5.1 由被檢定/校準(zhǔn)、檢測傳感器重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(S): 用0.02級活塞壓力計檢定/校準(zhǔn)、檢測由北京中航機(jī)電技術(shù)公司生產(chǎn)CYBIOS型，編號為2H2883，測量范圍為080MPa,0.25級傳感器的0MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa點，分別讀取被檢定/校準(zhǔn)、檢測傳感器各點四個循環(huán)讀數(shù)如下表所示：表2:序號測量點示值(mV)0 MPa10 MPa20 MPa30 MPa40 MPa50 MPa60 MPa

4、70 MPa80 MPa1上行程0.0363.2456.4859.7212.94516.18219.40722.62825.835下行程0.0353.2446.4889.71712.94916.18219.40822.62525.8382上行程0.0353.2476.4879.72212.95216.18119.40822.62525.842下行程0.0383.2546.4949.72912.96216.18819.41322.62825.8423上行程0.0383.2506.4899.72212.95516.18319.40122.62125.833下行程0.0413.2566.4949.7

5、2712.95816.18219.41022.62325.8334上行程0.0403.2506.4839.72612.95716.18419.40822.62725.845下行程0.0423.2596.4989.73312.96416.19119.41422.63325.845傳感器在整個測量范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為s：式中sIi傳感器各測量點上行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差，sDi傳感器各測量點下行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差，m 傳感器在整個測量范圍內(nèi)的測量點數(shù)。其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u(S ) = s - - - - - -（5）5.1.1傳感器各測量點上行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差SIi的計算，數(shù)據(jù)見表3： 式中yIij傳感器上

6、行程第i個測量點第j次測量示值，傳感器上行程第i個測量點第j次測量示值 ，n 傳感器測量循環(huán)次數(shù)。傳感器上行程第i個測量點第j次測量示值由公式（7）求得表3:測量點0 MPa10 MPa20 MPa30 MPa40 MPa50 MPa60 MPa70 MPa80 MPayIij(mV)10.0363.2456.4809.72012.94516.18219.40722.62825.83520.0353.2476.4879.72212.95216.18119.40822.62525.84230.0383.2506.4899.72212.95516.18319.40122.62125.83340.0

7、403.2506.4839.72612.95716.18419.40822.62725.845(mV)0.03733.2486.4869.72312.95216.18319.40622.62525.839SIi(mV)0.0.0.0.0.0.0.0.0.5.1.2傳感器各測量點下行程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差SDi的計算，數(shù)據(jù)見表4： 式中yDij傳感器下行程第i個測量點第j次測量示值，傳感器下行程第i個測量點第j次測量示值，n 傳感器測量循環(huán)次數(shù)。傳感器下行程第i個測量點第j次測量示值由公式（8）求得表4:測量點0 MPa10 MPa20 MPa30 MPa40 MPa50 MPa60 MPa70 MPa

8、80 MPayDij(mV)10.0353.2446.4 889.71712.94916.18219.40822.62525.83820.0383.2546.4949.72912.96216.18819.41322.62825.84230.0413.2566.4949.72712.95816.18219.4122.62325.83340.0423.2596.4989.73312.96416.19119.41422.63325.845(mV)0.0393.27836.4949.72712.95816.18619.41122.62725.840SDi(mV)0.0.0.0.0.0.0.0.0.則由

9、式（4）、（5）可計算傳感器重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(S)：u(S)= 0.00434 mV5.2 由被檢定/校準(zhǔn)、檢測傳感器系統(tǒng)誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(LH):該傳感器端點連線方程為：式中Pm 傳感器測量上限壓力值（Pa）；P1 傳感器測量下限壓力值（Pa）；P 傳感器在其測量測量范圍內(nèi)的任意壓力值（Pa）； 傳感器測量上限處測量示值平均值（mV）； 傳感器測量下限處測量示值平均值（mV）。該傳感器各測量點上、下行程算術(shù)平均值與其端點連線方程的差值：計算結(jié)果見表5：表5:測量點0 MPa10 MPa20 MPa30 MPa40 MPa50 MPa60 MPa70 MPa80 MPa(mV

10、)0.0373 3.262 6.488 9.713 12.938 16.163 19.388 22.614 25.839 (mV)0.03733.2486.4869.72212.95216.18219.40622.62525.839 (mV)-0.0009 -0.0152 -0.0024 0.0090 0.0136 0.0187 0.0171 0.0112 0.0004 (mV)0.039 3.253 6.494 9.726 12.958 16.186 19.411 22.627 25.840 (mV)0.0009 -0.0100 0.0051 0.0130 0.0196 0.0220 0.0

11、224 0.0132 0.0004 傳感器工作直線為端點平移線時,則可計算端點平移線的截距a為: 式中： 傳感器各測量點上、下行程算術(shù)平均值與該傳感器端點連線方程的差值最大正偏差； 傳感器各測量點上、下行程算術(shù)平均值與該傳感器端點連線方程的差值最大負(fù)偏差；而端點平移線的斜率與端點連線的斜率相同,即:由表5中數(shù)據(jù)可知：（yLH）=0.0224(mV) （yLH）”=-0.0152(mV)因此,壓力該壓力傳感器工作直線為端點平移線的方程為: 壓力傳感器滿量程輸出值：根據(jù)上述分析,傳感器的系統(tǒng)誤差為: (mV)其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：(mV)6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc（A）的計算將u(S)、u(LH)代入（3）式：uC2（A）= u2(S)+u2(LH) =9.