于贺君

唐山市计量测试所 河北唐山 063000

伴随油田智能化和数字化转型的快速发展，智能计量设备已大范围应用于油气生产现场，并具有数据采集、传输、控制、报警、监控等能力。要想确保测量数据的准确性和可靠性，就应根据国家验证法规或校准方法的要求对计量设备进行定期检查。然而，由于生产系统的连续运行而无法拆卸的计量设备、计量设备的连接部件由于腐蚀而难以拆卸、在运输和安装过程中容易损坏计量设备、在检查期间需要许多备用仪表等问题，使得无法按计划进行检测，也有可能导致检测延迟，并且无法确保计量数据的准确性和可靠性。

1 温度对标准器的影响

JJG 882-2004《压力变送器》验证规则规定：在现场条件中，在了解了标准器和配套设备引进的扩大不确定度U95 在不越过被检压力变送器公差绝对值的1/3 ～1/4 情况下才可以进行现场检查。在检测之前需要这样做，以对标准器能不能符合检测要求进行评估或测量不确定度探讨时，评估标准器输入的B 型测量不确定度。

例如，用作标准器的智能数字压力校准器的测量范围为0-0.5 MPa，精度等级为0.05，最大公差为±0.001 25 MPa；输出电流为-30 至30 mA，最大公差为±O.02%读数、1μA；温度补偿范围：-10 至50°C。被测压力变送器的量程为0-2.5MPa，精度等级为0.5。

成立数学模型：

其中：△Ⅰ是压力变送器的输出误差，mA；I 是压力变送器的输出电流，mA；，Im 是压力变送器的输出范围，mA；P 是压力变送器输入压力值，MPa；Pm 是压力变送器输入范围，MPa；Ⅰ0 是压力变送器的初始输出值，mA。

输入压力对压力变送器输出误差的敏感系数为：

输出电流对变送器输出误差的敏感系数为：

1.1 评估输入量P 的标准不确定度

P 的标准不确定度一般是来自智能数字压力校准器。在此范围内的最大允许误差不超过±0.001 25 MPa。

根据均匀分布估算，则：

（2）环境温度不确定度。温度改变会在两个点影响输出：一个是零漂移，另一个是满量程输出。当环境温度超过指定的5℃时，温度产生的误差为：

根据均匀分布估算，则：

u（P1）和υu（P2)的相对标准不确定度估计为95%，自由度为υ=200

因为u(P1)和u(P2)相互独立，所以：

有效自由度为：

1.2 评估输入量Ⅰ的标准不确定度

Ⅰ中标准不确定度的一般来源是输出直流电流的示值误差。

输出直流电流示值误差不超过±5μA.根据均匀分布估算：

u（Ⅰ）的相对标准不确定度估计为95%，然后是自由度u21=200

上面列出的不确定度分量如表1 所示。其中：i 是不确定度来源序列号；Xi 是不确定度来源；ai 是Xi 误差分散区间半宽或误差限；ki 是包含元素；[u（Xi）]作为标准不确定度。

表1 不确定度分量

1.3 评估合成标准中的不确定度

由于u（P）和u（Ⅰ）彼此独立，所以合成标准不确定度Uc（Δ Ⅰ）和有效自由度V eff 为：

因为标准器导致的合成标准不确定度Uc（Δ Ⅰ）是5.44μA.合成标准不确定度Uc（Δ Ⅰ）靠近正态分布，因此能够查t 分布得出k95=1.96。所以标准时由标准器引入的扩展不确定度为：

被检压力变送器的公差为80μA。该规范要求校准用校准和配套设备在校准中带来的扩展不确定度U95 应不超越被校准的压力变送器的公差绝对值的1/4，即20μA，所以，用于此评估的标准器选择满足规范要求。一旦选择的标准器不符合要求，则测量结果的不确定度将会大大增加。

2 温度对被检压力变送器的影响

需要进行大量测试和分析，以说明环境温度变化对被测压力变送器的影响。

（1）选择测试的环境温度。环境温度要在制造商规定的温度范围内进行测量。通常，参阅说明手册；如果没有指定温度值，就根据气候情况参数和类别，选择温度限制范围。考虑到每个油气田所在区域的温度条件，消除恶劣的环境条件，在-20-50°C 的温度范围内进行测试。

（2）选择测试方法。测试方法一般按照GB/T18271.3-2017“5 环境温度影响”进行测试。使用公差为±2°C，环境温度变化程度小于1℃/min 的高、低温试验箱温度。试验基准压力值是根据规定值，通常根据该范围均匀选择5 至6 个试验点。将压力变送器放置在高温、低温测试箱中，将温度以10°C 的间隔逐渐升高（降低）到温度范围的上限（下限），稳定3 小时或更长时间后，验证温度效应。

对于参与测试的26 个压力变送器，各自读取测试数据。依据测试数据计算各种温度下的压力读数，选择一些典型数据作为汇总。测试表明压力变送器典型的三个结果是：

除20°C 合格外，其他温度点均未合格。例如序号1 的压力变送器。这些问题的主要原因是温度补偿装置的问题。传感器是由金属和半导体材料制成的敏感元件，其静态特性与温度密切相关，可以采用合适的补偿方法来补偿传感器的附加温度误差并增加测量精度。如果在现场测试期间无法控制现场温度，建议将发生故障的测试压力变送器发送到实验室进行进一步测试。

（2）通过所有温度全部合格，如序列号2 压力变送器。这种压力变送器具有稳定可靠的性能，是测量系统最期待的情况。

（3）在-20°C 的温度下不合格，在其他点合格的压力变送器，例如序列号4；-10°C、-20℃都不合格的压力变送器，其余序列号压力变送器合格，例如3 号压力变送器。

3 如何减少温度对检测结果的影响

（1）标准器出厂时具有温度补偿值，在规定值里，温度的影响就很小，基本可以符合要求。如果温度发生显着变化，则标准器就对测量结果产生重大影响。解决方案如下：①应该选择更高准确度的标准器，以减少B 型不确定度评估中引进的不确定度分量；②在每个检测点的检测结果中给出测量误差。

（2）注意温度对被测压力变送器的三种影响中的第三种。从表2 中可以看出，-10°C 和-20°C 下的显示值是差点达到压力上限。从表3 能够看出，下限温度系数和范围温度系数可以减轻环境温度变化的影响。也就是说，如果显示值仅在零位置和满量程时超出可接受的范围，则可以根据每10°C 给出的松弛量来确定压力变送器是否满足要求。因此，超出公差范围的五个压力变送器的最大指示误差在环境温度影响的公差范围内，并且现场压力变送器应用时的压力点通常为该范围的1/3 至2/3，可以确定这种压力变送器在现场仍可使用，并且对测量数据的可靠性影响很小。

表2 环境温度变化影响量

4 结语

通过分析标准器和被检压力变送器的温度影响，将在0-40°C的环境温度下并按照法规规定的15-25℃的验证程序进行现场检查。在超过15-25°C 时，压力变送器的零位和满量程的最大容差被放宽，表明测量结果的不确定度。以此确定现场压力变送器的性能能否符合生产需求，增加计量数据的可靠性。