了解压力校准器精度规格

比较压力校验器的精度规格可能是一项具有挑战性的任务，因为不同的制造商以不同的方式规定精度。这意味着您不能简单地比较规范中给出的数字-您需要了解这些数字是如何计算的以及它们在实践中意味着什么。

在这篇博客文章中，我将介绍压力校准器精度规格的不同方式，解释它们的含义，并进行比较，以及简要介绍在选择压力校准器时还应该考虑什么。

准确规范

首先，让我们看看制造商提供精度规范的不同方式以及如何解释它们。

1.满量程百分比

满量程的百分比(有时也写成“满量程的%”或“% FS”)是规定压力测量精度的最常用方法之一，许多工艺仪表使用这种精度规格。

顾名思义，从压力范围的满量程计算给定的百分比值，满量程是模块可以测量的最大压力。

对于满量程的百分比，测量在整个范围内具有相同的(绝对)精度(或误差)。这个规范显然很容易计算和理解。

它最适合于零量程和满量程具有相似的错误或漂移可能性的技术，并且用户在正常使用期间不可能轻松地进行零校正。

对于大多数现代电气压力测量设备，用户可以通过将压力测量打开到大气(环境)压力并执行归零功能来执行压力测量的归零。这使得用户很容易在测量前后纠正任何零误差。因此，% FS不是最适合现代电测压力设备的精度规格。

例子

为了说明问题，让我们看一些带有所有不同规范方法的图表的示例，从“满刻度百分比”方法开始。

压力范围:0 ~ 200kpa
精度规格:满量程±0.05% (%FS)

正如我们在下面的第一张图像中看到的，精度规格是一条平坦的线，在整个压力范围内，无论我们在y轴上使用%FS还是kPa，精度规格在工程单位(0.1 kPa)中保持不变。

但如果我们将精度规范视为测量压力点的精度(或作为“读数值的百分比”的精度)，那么情况就不同了，如下图所示。

上图显示了y轴上读数的准确度百分比。这显示了实际情况，当你用这种模块测量某个压力时，会发生什么，显示了测量的压力与被测量的压力相比有多准确。

我们可以看到，如果我们测量的压力比满量程小，实际测量压力的误差会很快增加。
%FS指定的压力测量应该主要用于接近模块上端的压力，因为它在较低的压力下很快失去精度。如果你测量非常低的压力，测量压力的误差可能是巨大的。

例如，当在量程的中间(50%点)测量压力时，该读数的误差已经是满量程点误差的两倍。测量距离点的25%时，误差是原来的四倍!

如果您有%FS精度规格的压力模块，您最终需要几个模块，因为在测量较低的压力时，精度会迅速下降。

精度以ppm或工程单位表示

这两种方法都非常接近全比例尺百分比法。
有时精度可以用全量程的ppm(百万分之一)表示。显然，由于百分比是1/100,ppm是1/ 1000000，两者之间有1万乘数。

例如，0.05% FS等于500ppm FS，所以它与%FS表示精度的方式非常相似。当然，ppm也可以用于读取错误，但稍后会详细介绍。

有时精度也用工程单位表示。例如，在上面的例子中，精度也可以表示为±0.1 kPa，而不是±0.05% FS。

2.跨度百分比

跨度百分比类似于满量程百分比方法，但它不是从最大量程值(满量程)计算百分比，而是从整个量程计算。

当然，如果范围从零开始，那么%FS和跨度精度百分比之间没有区别。

无论如何，压力测量范围通常是一个“复合”范围，即从真空一侧开始，一直到正一侧。例如，测量范围可以从-100 kPa到+200 kPa。在这种情况下，百分比是从整个跨度(300 kPa，最小值和最大值之间的差值)而不是满量程(200 kPa)计算的。

对于完全对称的压力范围(例如-1 bar到+ 1bar，或-15到+ 15psi)，“±0.05%的跨度”精度规格的误差是“±0.05%的满量程”规格的两倍。

例子

压力范围:- 100kpa ~ + 200kpa
精度规格:跨度±0.05 %

上面的例子如下图所示:

在实践中，一个复合量程通常不是完全对称的，量程的正侧通常比真空侧大。当然，真空的一面永远不能超过完全真空，但积极的一面可以是任何大小。

对于复合量程，正侧通常不会测量到非常高的压力，因为如果使用高压传感器，它在真空量程上就不准确。

3.阅读百分比

使用百分数的读数精度规格(有时写成“%的读数”，“%的rdg”，或“% rdg”)，准确度总是从测量的压力值计算。

在这种规格下，误差(精度)的绝对大小随着测量压力的变化而变化。

显然，这也意味着在零时精度规格为零，在非常接近零时精度规格非常小或可以忽略不计。因此，在实践中，您不太可能看到百分之一的读取规范单独使用。

传统的自重测试仪通常以读数的百分比来指定精度。在实践中，自重测试仪所能产生的最低压力受最小可用重量的限制，或者指定精度规格有效的最低压力。

纯百分比的读数精度规格不太适合电子压力测量设备或校准器，因为精度非常小，接近于零，并且在零压力下精度为零。

这是不现实的，因为总有一些噪声或零漂移，所以只提供电子校准器读数精度规格的百分之一是不现实的。如果这是唯一提供的规格，那么还应该指定最小范围，即精度规格不再有效的限制。

读数百分比也可以作为ppm规格给出。这对于高精度仪器(例如自重测试仪)更实用，因为百分比数字很快就会开始有许多零。如前所述，将百分比数字转换为ppm意味着将百分比乘以10,000。

例子

范围:0 ~ 200kpa
精度规格:读数±0.05%

下图的y轴是“% of reading”，这显然是一条直线。

下图显示了“读数百分比”的精度，y轴上是绝对精度(工程单位，在这里是kPa)。我们可以看到，当压力值较小时，绝对误差较小。随着压力的增大，绝对误差也随之增大。

4.综合准确度(满量程百分比和读数百分比)

这意味着精度规格是满量程百分比和读数百分比的组合。

每个百分比的值可能是不同的。例如，精度规格可以表示为±(满量程的0.01% +读数的0.05%)。

在实践中，这意味着“满量程%”部分确保在零和接近零的地方有一个有效的精度规格，而“读数%”部分意味着绝对精度规格随着压力的增长而增长。

这种规格在电气压力测量设备中非常常见。

下面的示例和图形说明了这种类型的规范。

例子

压力范围:0 ~ 200kpa
精度规格:±(满量程0.01% +读数0.04%)

在上述示例中，满标度值处的组合精度为±0.1 kPa，与满标度规格的±0.05%相同，因此在满标度点处的精度相同。

然而，由于该规范的部分内容是以读数的百分比给出的，因此该模块在较低压力下比满量程0.05%的模块准确得多。

因此，这种压力校准器在不牺牲精度的情况下，可以更好地在较低的压力下进行校准，而不是只有全量程精度规格的百分之一的校准器。此外，使用这种组合规格，您最终需要更少的不同范围的压力模块，因为它们在更宽的压力范围上更准确。

5.分距精度

这意味着压力范围的下部有一个固定的精度(满量程的%、跨距的%或工程单位)，上部有一个读数规格的百分比。

这是电气校准器制造商确保他们能够在零和接近零时提供可靠的精度规格的另一种方法，而且随着压力的增加，绝对精度规格也会增加。

范围的较低部分可以指定为满量程的百分比，刻度的一部分，或(固定)读数的百分比。也可以用工程单位表示。

实际上，这意味着下半部分是“平坦的”，上半部分是增长的。下面的例子和图表说明了这个概念。

例子:

压力范围:0 ~ 200kpa
精度规格:量程的前三分之一为“满量程的0.01%”，其余量程为“读数的0.05%”

其他需要考虑的事情

长期稳定

通常，给定的精度规格在较长时间内无效，并且不包括任何长期漂移规格。请务必阅读校准器文档中的小字，以查明情况是否如此。

例如，如果您每年校准一次压力校准器，那么在下一次校准之前，即前一次校准后11.5个月，了解校准器的预期精度是很重要的。

对于电动压力校准器，用户可以进行零点校正，零点不会随时间漂移(或者用户可以将其调零)。

但是用户不能在更高的压力下纠正漂移(跨度漂移)。漂移通常会在较高压力下改变精度，通常会随着时间增加“读数百分比”类型漂移，因此全量程跨度通常会随着时间漂移得更多。

在选择压力校准器时，一定要检查它的长期漂移规格。

不确定性与准确性

另一个重要的考虑因素是精度规范包括哪些组件。

有些校准器提供不确定度规格而不是精度规格。通常，这意味着不确定度规范还包括校准实验室在制造和校准校准器时使用的参考标准的不确定度。此外，它经常指定规范的有效期，例如一年。

一般来说，不确定性是一个比准确性更全面的概念。关于不确定度，我可以写很多东西，但现在只要提到你应该确保你知道与整个校准事件相关的所有不确定度成分就足够了，因为校准过程的总不确定度通常不仅仅是校准器的规格。

如果有兴趣，你可以在假人的校准不确定度博客。

TAR和TUR与校准不确定度

校准器(参考标准)精度的常用标准是试验精度/不确定度比(TAR和TUR)。这是校准器与要用它校准的仪器之间的精度或不确定度的比率，用于确定您需要校准器的精度水平。比值越大越好。常见的传统行业做法是使用4:1的比例。

通常，要校准的过程仪器将具有满量程精度规格的百分比，而校准器可能具有(部分)读数规格的百分比。

在实践中，这意味着当被测压力小于满量程时，校准器的精度大于过程仪表的精度。

因此，即使在全压下测试精度比(TAR)不够大，当您测量较低的压力时，它也会变得更大(更好)。下面的例子解释了这一点。

我认为下面的图表需要一些解释:

蓝线为过程仪表的精度(待校准)，为满量程的0.2% (=0.4 kPa)[左Y轴]
绿线为校准器精度，为读数的0.05%[左Y轴]。
红线为TAR(测试精度比)，即上述两个精度的比值(在右侧y轴上读取)。我们可以看到，在满量程值时TAR为4，但一旦压力变小，该比值就会增加很多，因为校准器有“读数%”规格，而过程仪表是“满量程%”[右Y轴]

上图的主要结论(可能令人困惑)是TAR应该在不同的压力值下计算。即使在满量程下看起来不够，在较低压力下也可能足够好，假设校准器的精度至少有部分“读数%”成分。

请注意TAR只包括精度比较，这意味着它忽略了所有的不确定性考虑因素。在实践中，校准过程可能包括比校准器更大的不确定度来源，因此确定校准过程的总不确定度很重要。

环境规范

仔细阅读规范以了解给定的规范适用于哪些环境条件是很重要的。如果你是在现场进行校准，而不是在实验室或车间等受控环境中进行校准，那么条件会有很大的不同。

有时，给定的规格仅在特定温度或有限的温度范围内有效。在这个范围之外可以有一个单独的规格，或者一个温度系数。

其他需要考虑的环境条件包括湿度、海拔高度、入口保护、定向效果、预热时间和冲击/振动。
总之，在比较压力校准器时，一定要检查与您相关的环境规格。

附加组件

该规范是否包括所有相关组件-如滞后，非线性和可重复性-还是这些是单独指定的，需要添加到规范中。

最后，这不仅仅是准确性的问题

虽然在选择压力校准器时，精度和不确定性是至关重要的考虑因素，但在选择时还需要考虑其他因素，例如:

校准器是否包括超压保护?时不时地避免压力测量装置的过压是很困难的。有些压力校准器的传感器即使是最轻微的超压也会损坏，而另一些则可以承受一定程度的超压而不损坏传感器或影响精度。例如，Beamex MC6先进的现场校准器和通信器包括一个内置的安全阀，以释放超压和防止损坏。
校准器是否带有认可的校准证书，以确保正式的计量溯源性?如果不是，你可能需要单独校准。
规范有多保守或激进?虽然很难看出来，但最好能弄清楚这家公司通常给出的是可靠的保守规格，还是大胆的数字。
公司的品牌。谁制造了这个设备?制造商可靠吗?
保修条款和条件是什么，是否可以选择延长保修期限和购买服务计划，以覆盖不在保修范围内的项目?
有培训服务吗?如何安排和提供支持?如何安排重新校正?
除了压力测量，校准器还提供哪些功能对您有用?
- 例如，如果您计划校准压力变送器，24 V回路电源和精确的mA测量非常方便。
- 大多数变送器都启用HART，因此如果校准器包括HART通信器，则不需要随身携带单独的通信器。
校准需要被记录，那么你打算怎么做呢?记录压力校准器将自动记录校准结果，并可以与校准软件通信，节省您的时间和精力，消除手动数据输入错误的风险。