数字化校验系统中安全阀整定压力的不确定度分析

    采用数字压力传感器为核心的数字化校验系统，对常温环境中，安全阀整定压力的不确定度进行了简要分析。本文由上海五岳泵阀制造有限公司转载分享，上海五岳为专业的安全阀生产厂家，主要生产各类弹簧式安全阀，代理德国LESER安全阀，并终身为使用单位提供相关产品技术支持。

　　关键词：不确定度 安全阀 数字压力传感器

　　 引言

　　作为重要的安全附件，安全阀广泛地应用于承压类特种设备，对于设备的安全稳定运行起着至关重要的作用。整定压力是影响安全阀性能的最主要参数之一，其准确度影响安全阀泄压时的灵敏程度。通常的校验平台是观察精度为0.4级的弹簧压力表的示值来调节其整定压力的高低。随着科技的发展，高精度数字压力传感器应用逐渐广泛，本文就基于高精度数字压力传感器为核心的数字化安全阀校验系统，分析应用于整定压力校验产生的不确定度。

　　1 试验条件

　　试验条件：在常温安全阀校验台上，在常温环境中(20±2℃)条件下，采用量程为0～5MPa，精度为0.1级的高精度数字压力传感器为核心的数字化安全阀校验系统，对公称压力为2.5MPa，压力等级为1.6～2.0，要求整定压力为1.65MPa的弹簧直接载荷式安全阀进行整定，分析该系统产生的不确定度。整定过程满足文献[1]附录B的要求，进行5次独立测试。

　　2 数学模型的建立及不确定度分析

　　2.1 数学模型

　　ΔP=P1-P0 (1)

　　式中：ΔP――某整定压力点的整定偏差。

　　P1――对应的某整定压力。

　　P0――标准压力值。

　　U2(ΔP)=U2(P1)+U2(P0) (2)

　　式中：U2(ΔP)――整定压力偏差的方差。

　　U2(ΔP1)――某整定压力的方差。

　　U2(ΔP0)――标准压力值的方差。

　　不确定度主要包括以下几方面：

　　①示值重复性引入的不确定度分量U(P1)。

　　②数据采集系统带来的不确定度，即高精度数字压力传感器产生的不确定度U(P2)。

　　③高精度数字压力传感器校验产生的不确定度U(P3)。

　　④其他因素产生的不确定度U(P4)。其中，U(P1)是影响对应的某整定压力P1的不确定度分量，其余影响标准压力值的不确定度。

　　2.2 示值重复性引入的不确定度分量U1和自由度v1

　　这类测量不确定度适用于A类评定，其典型的评定方法有贝塞尔法和极差法，详见文献[2]。本文采用常用的前者作为评定方法：S(P)=■ (3)

　　式中：■i=■■pi≈P1。

　　pi――单次测试的示值数据。

　　■i――n次单独测试的均值。

　　在本文中，示值重复性引入的不确定度分量U(P1)=S(p)，其自由度为v1=n-1。

　　2.3 高精度压力表允许误差产生的不确定度U2

　　数据采集系统采用了量程为0～5MPa，精度等级为0.1级的高精度数字压力传感器，从文献[3]可知，这类以“级”使用的仪器，在测点可能产生的最大允许误差为0.005MPa，由此引起的不确定度可以视为以半宽为0.005 MPa的均匀分布。由文献[2]可知，此类不确定度适用于B类评定，其产生的不确定分量U2为：

　　U(P2)=■ (4)

　　式中，Δp2――最大允许误差。

　　U2的不确定度取决于信息来源的可靠程度，由于该压力表有权威部门出具的鉴定证书，具有极高的可靠性。因此，可以认为该估计值具有90%的可信度，在文献[2]得到对应的自由度为v2=50。

　　2.4 高精度压力表校验产生的不确定度U3和自由度v3

　　该压力表校验采用了精度等级为0.02级，量程为0～6MPa的标准活塞压力计进行校验，同上可知，其可能产生的不确定为0.0012MPa的最大允许误差，符合半宽为0.0012MPa的均匀分布。此类不确定度同样适用于B类评定，其不确定度是由标准器检测引入的，可信度视为100%。不在向上追溯标准活塞压力计除精度原因外产生的其他不确定度，因此取其自由度为∞。

　　2.5 其他不确定度U4

　　在校验过程中，可能影响到整定压力不确定度的因素还有环境温度波动造成弹簧性质的变化，进而影响整定压力;校验过程中，由于整定过程速率的变化造成的高精度数字压力传感器的微小变化;整定压力采集数据点不设置在安全阀进口处造成的微小压力差。

　　上述的影响因素在此处皆视为可以忽略的，即U4=0。

　　3 测试数值及不确定度分析

　　对该安全阀进行了5次独立的测试，采集的示值数据如下表所示：

　　根据前面分析，所得到的不确定度一览表：

　　3.1 合成不确定度有效自由度分析

　　U(ΔP)=0.0044MPa

　　3.2 有效不确定度

　　veff=15.5，取有效不确定度为15。

　　3.3 扩展不确定度分析

　　扩展不确定度评定按照置信概率为95%，其自由度为15时，由文献[2]得到tp(15)=2.13，进而可以确定该扩展不确定度：

　　ΔP=2.13×0.0044=0.0094MPa。

　　可以得到本次的整定压力可以表示为：

　　P0=P1±ΔP=1.6568±0.0094MPa

　　与要求整定压力1.65MPa对比，最大误差为0.98%，高于《安全阀安全技术监察规程》误差不超过3%的要求。

　　4 总结与分析

　　①从文中可以看出，高精度数字压力传感器为核心的数字化校验系统，整定压力完全满足安全阀相关规范的要求。

　　②安全阀整定压力最大误差在该系统中得到了更好的控制，有效地提高安全阀动作的灵敏程度。

　　③数字化校验系统排除了人为读数产生的误差，其整定压力具有更高的可靠性。