數(shù)字化校驗(yàn)系統(tǒng)中安全閥整定壓力的不確定度分析

1、<p>　　數(shù)字化校驗(yàn)系統(tǒng)中安全閥整定壓力的不確定度分析</p><p>　　摘要：采用數(shù)字壓力傳感器為核心的數(shù)字化校驗(yàn)系統(tǒng)，對常溫環(huán)境中，安全閥整定壓力的不確定度進(jìn)行了簡要分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：不確定度 安全閥 數(shù)字壓力傳感器 </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>

2、　　作為重要的安全附件，安全閥廣泛地應(yīng)用于承壓類特種設(shè)備，對于設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。整定壓力是影響安全閥性能的最主要參數(shù)之一，其準(zhǔn)確度影響安全閥泄壓時(shí)的靈敏程度。通常的校驗(yàn)平臺是觀察精度為0.4級的彈簧壓力表的示值來調(diào)節(jié)其整定壓力的高低。隨著科技的發(fā)展，高精度數(shù)字壓力傳感器應(yīng)用逐漸廣泛，本文就基于高精度數(shù)字壓力傳感器為核心的數(shù)字化安全閥校驗(yàn)系統(tǒng)，分析應(yīng)用于整定壓力校驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度。 </p><p&

3、gt;<b>　　1 試驗(yàn)條件 </b></p><p>　　試驗(yàn)條件：在常溫安全閥校驗(yàn)臺上，在常溫環(huán)境中（20±2℃）條件下，采用量程為0～5MPa，精度為0.1級的高精度數(shù)字壓力傳感器為核心的數(shù)字化安全閥校驗(yàn)系統(tǒng)，對公稱壓力為2.5MPa，壓力等級為1.6～2.0，要求整定壓力為1.65MPa的彈簧直接載荷式安全閥進(jìn)行整定，分析該系統(tǒng)產(chǎn)生的不確定度。整定過程滿足文獻(xiàn)[1]附錄B

4、的要求，進(jìn)行5次獨(dú)立測試。 </p><p>　　2 數(shù)學(xué)模型的建立及不確定度分析 </p><p><b>　　2.1 數(shù)學(xué)模型 </b></p><p>　　ΔP=P1-P0 （1） </p><p>　　式中：ΔP――某整定壓力點(diǎn)的整定偏差。 </p><p>　　P1――對應(yīng)的某整定壓力。

5、 </p><p>　　P0――標(biāo)準(zhǔn)壓力值。 </p><p>　　U2（ΔP）=U2（P1）+U2（P0） （2） </p><p>　　式中：U2（ΔP）――整定壓力偏差的方差。 </p><p>　　U2（ΔP1）――某整定壓力的方差。 </p><p>　　U2（ΔP0）――標(biāo)準(zhǔn)壓力值的方差。 </p&g

6、t;<p>　　不確定度主要包括以下幾方面： </p><p>　?、偈局抵貜?fù)性引入的不確定度分量U（P1）。 </p><p>　?、跀?shù)據(jù)采集系統(tǒng)帶來的不確定度，即高精度數(shù)字壓力傳感器產(chǎn)生的不確定度U（P2）。 </p><p>　　③高精度數(shù)字壓力傳感器校驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度U（P3）。 </p><p>　　④其他因素產(chǎn)生的不

7、確定度U（P4）。其中，U（P1）是影響對應(yīng)的某整定壓力P1的不確定度分量，其余影響標(biāo)準(zhǔn)壓力值的不確定度。 </p><p>　　2.2 示值重復(fù)性引入的不確定度分量U1和自由度v1 </p><p>　　這類測量不確定度適用于A類評定，其典型的評定方法有貝塞爾法和極差法，詳見文獻(xiàn)[2]。本文采用常用的前者作為評定方法：S（P）=■ （3） </p><p>　　式

8、中：■i=■■pi≈P1。 </p><p>　　pi――單次測試的示值數(shù)據(jù)。 </p><p>　　■i――n次單獨(dú)測試的均值。 </p><p>　　在本文中，示值重復(fù)性引入的不確定度分量U（P1）=S（p），其自由度為v1=n-1。 </p><p>　　2.3 高精度壓力表允許誤差產(chǎn)生的不確定度U2 </p><p

9、>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了量程為0～5MPa，精度等級為0.1級的高精度數(shù)字壓力傳感器，從文獻(xiàn)[3]可知，這類以“級”使用的儀器，在測點(diǎn)可能產(chǎn)生的最大允許誤差為0.005MPa，由此引起的不確定度可以視為以半寬為0.005 MPa的均勻分布。由文獻(xiàn)[2]可知，此類不確定度適用于B類評定，其產(chǎn)生的不確定分量U2為： </p><p>　　U（P2）=■ （4） </p><p>　　式中

10、，Δp2――最大允許誤差。 </p><p>　　U2的不確定度取決于信息來源的可靠程度，由于該壓力表有權(quán)威部門出具的鑒定證書，具有極高的可靠性。因此，可以認(rèn)為該估計(jì)值具有90%的可信度，在文獻(xiàn)[2]得到對應(yīng)的自由度為v2=50。 </p><p>　　2.4 高精度壓力表校驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度U3和自由度v3 </p><p>　　該壓力表校驗(yàn)采用了精度等級為0.02

11、級，量程為0～6MPa的標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，同上可知，其可能產(chǎn)生的不確定為0.0012MPa的最大允許誤差，符合半寬為0.0012MPa的均勻分布。此類不確定度同樣適用于B類評定，其不確定度是由標(biāo)準(zhǔn)器檢測引入的，可信度視為100%。不在向上追溯標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)除精度原因外產(chǎn)生的其他不確定度，因此取其自由度為∞。 </p><p>　　2.5 其他不確定度U4 </p><p>　　在校驗(yàn)

12、過程中，可能影響到整定壓力不確定度的因素還有環(huán)境溫度波動造成彈簧性質(zhì)的變化，進(jìn)而影響整定壓力；校驗(yàn)過程中，由于整定過程速率的變化造成的高精度數(shù)字壓力傳感器的微小變化；整定壓力采集數(shù)據(jù)點(diǎn)不設(shè)置在安全閥進(jìn)口處造成的微小壓力差。 </p><p>　　上述的影響因素在此處皆視為可以忽略的，即U4=0。 </p><p>　　3 測試數(shù)值及不確定度分析 </p><p>　

13、　對該安全閥進(jìn)行了5次獨(dú)立的測試，采集的示值數(shù)據(jù)如下表所示： </p><p><b>　　■ </b></p><p>　　根據(jù)前面分析，所得到的不確定度一覽表： </p><p><b>　　■ </b></p><p>　　3.1 合成不確定度有效自由度分析 </p><p

14、>　　U（ΔP）=■=0.0044MPa </p><p>　　3.2 有效不確定度 </p><p><b>　　由文獻(xiàn)[2] </b></p><p>　　veff=■=15.5，取有效不確定度為15。 </p><p>　　3.3 擴(kuò)展不確定度分析 </p><p>　　擴(kuò)展不確定度評

15、定按照置信概率為95%，其自由度為15時(shí)，由文獻(xiàn)[2]得到tp（15）=2.13，進(jìn)而可以確定該擴(kuò)展不確定度： </p><p>　　ΔP=2.13×0.0044=0.0094MPa。 </p><p>　　可以得到本次的整定壓力可以表示為： </p><p>　　P0=P1±ΔP=1.6568±0.0094MPa </p>

16、<p>　　與要求整定壓力1.65MPa對比，最大誤差為0.98%，高于《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》誤差不超過3%的要求。 </p><p><b>　　4 總結(jié)與分析 </b></p><p>　?、購奈闹锌梢钥闯?，高精度數(shù)字壓力傳感器為核心的數(shù)字化校驗(yàn)系統(tǒng)，整定壓力完全滿足安全閥相關(guān)規(guī)范的要求。 </p><p>　　②安全閥整

17、定壓力最大誤差在該系統(tǒng)中得到了更好的控制，有效地提高安全閥動作的靈敏程度。 </p><p>　　③數(shù)字化校驗(yàn)系統(tǒng)排除了人為讀數(shù)產(chǎn)生的誤差，其整定壓力具有更高的可靠性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]TSG ZF001-2006，安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S]. </p><p&

18、gt;　　[2]JJF 1059-1999，測量不確定度評定與表示[S]. </p><p>　　[3]樊尚春.第三講 測量不確定度評定方法[J].測控技術(shù)，2009，28（6）：96-98. </p><p>　　作者簡介：王軍（1982-），男，山西平定人，工程師，從事鍋爐、壓力容器、壓力管道、安全附件等檢驗(yàn)檢測技術(shù)分析與應(yīng)用研究。 </p><p>　　蒲建忠