卫生型压力变送器是食品与药品生产设备过程监控的重要部件。随着我国生产工艺与技术的日益提高，卫生型变送器产业也取得了长足发展，其质量与性能逐步向国际水平靠近。但由于我国压力变送器产业起步较晚，压力变送器设计标准相对落后与欠缺，特别是卫生型压力变送器卫生设计仍处于相对空白的阶段。因此，开展压力变送器卫生设计的研究，提出具体指标，具有重要的现实意义。
①卫生标准
关于变送器卫生标准，主要以美国的“3-A卫生标准”与德国的“EHEDG标准”为主，其中美国“3-A卫生标准”中的“74-06”主要是针对传感器及其配件与连接件的卫生标准。这两个标准组织承担了对世界各国有卫生要求的设备产品及供应商开展有关卫生指标测试、认证和复检的服务，并对符合要求的产品颁发卫生认证证书(3-A证书和EHEDG证书)。目前，国外很多压力变送器企业都获得了这些证书。随着国内对变送器卫生要求越来越严格，国内各大变送器生产与使用企业也都在争取获得这些证书。
②卫生设计
所谓卫生设计，是指使得食品与药品等在生产、收获、加工、运输、贮藏、销售等各个环节不被有害物质污染的设计。压力变送器卫生型设计的目的是为了满足生产现场的清洗要求，即确保清洗达到清洁度要求，保证产品不被二次污染，达到卫生要求。
③接触表面与非接触表面
压力变送器卫生设计势必涉及两个概念：接触表面与非接触表面。接触表面是指所有与被测产品接触的表面，或被测产品有可能排出、漏出、扩散或进入的表面。非接触表面是指所有被测产品不会排出、漏出、扩散或进入的表面。
EIA5SOA型压力变送器校验标准
压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备。
它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
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压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。
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实施检定或校准
项目简介：当今，工业过程控制的技术迅速发展。生产过程中要对气体，
液体流量测量的数据进行传输及控制，压力变送器就必不可少。压力变送器已广
泛应用于石油、化工、冶金、电力、食品、造纸、医药、机械制造等行业。我们
对压力变送器的工作原理及常用类型的压力变送器的技术指标进行分析，利用现
有设备依据JJG882-2004《压力变送器》检定规程为企业的压力变送器提供校准
服务。
选题依据：依据JJG882-2004《压力变送器》检定规程、WS1151 型电容式
变送器技术资料。
可行性分析：压力变送器可分为电动和气动两大类。气动型压力变送器和
远程压力表的校准方法及装置基本相同。本课题只对电动型压力变送器（以下简
称变送器）的校准工作进行研究。
一、变送器的工作原理及技术参数
1、工作原理：如图1 所示，过程压力通过两侧或一侧的隔离膜片、灌充液
传至δ室的中心测量膜片。中心膜片是一个张紧的弹性元件，它对于作用在其上
的两侧压力差产生相应变形位移，其位移与差压成正比，最大位移约0.1mm，这
种位移转变为电容极板上形成的差动电容，由电子线路把差动电容转换成二线制
的（4 ～20）mA DC 输出信号。
2、技术参数
输出信号：（0～10）mA，（4～20）mA 或（1～5）V DC
供电电源： 一般为24V DC
量程和零点：外部连续可调
温度范围：放大器工作温度范围：（-29～+93）℃(LT 型为:-25 ～+70℃)
灌充硅油的测量元件：（-40～+104）℃
法兰式变送器灌充高温硅油时：（+15～+315）℃
法兰式变送器灌充普通硅油：（-40 ～+150）℃
精确度等级：0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5
二、校准设备的选用
1、压力标准器：二等活塞式压力计（0.05 级）、允许示值误差±0.05%。
2、直流稳压源：24V；允许误差±10%
3、直流电压表：0V～5V； 0.02 级
4、直流电流表：0mA～30mA； 0.02 级
三、环境条件
1、温度（20±5）℃，相对湿度45%～75%。
四、检定（校准）方法
1、连接图
2、操作过程
首先了解被检（校）的变送器的设定参数和使用单位的技术要求。比如，量
程（F0-FM）MPa；输出（4-20）mA；要求校准压力点：FA。按上图连接实物，密
封后加压至标准压力FA，调节力压微调使活塞平衡稳定后读取电流表上的电流
值I1，卸压，再重复上述操作5 次，读取I2-I6。
3、数据处理
标准电流值：IA=（20-4）FA/（FM-F0）+4 mA
活塞式压力计
压力微调
被检（校）
变送器
24V 稳压源
直流电
流表
测量平均值：I =(I1+…+I6)/6
该校准点的最大允许误差：（I -IA）/16
五、测量不确定度的评定
以省计量所检定合格的0.05 级二等活塞压力计和直流电流表做压力变送器
校准装置的不确定度评定。
变送器参数： 测量范围：（0-2.5）MPa 输出：4mA-20mA
以接近测量上限2MPa 为校准点评定不确定度：
1、校准依据及数学模型
1.1、依据JJG882-2004《压力变送器》检定规程；
1.2、数学模型：ΔI=I－ ＋ p
I
m
m ⋅ p I 0
式中：ΔI——压力变送器输出误差； I——压力变送器输出电流；
I ——压力变送器输出量程； p——压力变送器输入压力值； m
p ——压力变送器输入压力量程； ——压力变送器输出起始值。m I 0
2、不确定度来源
2.1、活塞式压力计的最大允许误差引入的的不确定度u(p)
2.2、标准电流表引入的的不确定度u(I )
2.2.1、标准电流表示值误差引起的不确定度( ) 1 u I
2.2.2、压力变送器输出的测量重复性引起的不确定度( ) 2 u I
3、不确定度评定
3.1、0.05 级活塞式压力计（0-2.5）MPa 在测量2.5MPa 压力点的最大允许误差
为Δp = ±0.05%× 2.5MPa = ±0.00125MPa ，认为在区间内属于均匀分布，包含因
子k = 3，区间半宽a = 0.00125MPa，则标准不确定度：
MPa MPa
k
u p a 0.00072
3
( ) = = 0.00125 =
估计0.1， 估自由度。
( )
( ) =
Δ
u p
u p v(p) = 50
3.2.1、标准表的示值误差I 0.03% 20mA 0.001mA 0.0061mA，区间半1 Δ = ± × + = ±
宽a = 0.0061mA，认为在区间内属于均匀分布，包含因子取k = 3，则标准不确
定度为：
mA
k
u(I ) a 0.0035 1 = =
估计0.1， 估自由度。
( )
( )
1
1 =
Δ
u I
u I
( ) 50 1 v I =
3.2.2、在输入相同的压力下，输出电流不相同，对被测压力变送器在2MPa 点作
10 次重复性测量，所得数据如表-1 所示。
表-1
单次实验标准差s（服从t 分布）为mA
I I
s i
i
0.00677
10 1
( )
10
1
2
=
−
−
=
Σ=
任意选取3 块同类型压力变送器，在每块0.5MPa，1MPa，2MPa 处连续测量10
次共得9 组测量列，每组测量列分别按上述计算得到单次实验标准差，如表-2
所示。
表-2
合并样本标准差为：s s mA
j
p j
3
9
1
2 5.99 10
9
1 −
=
= Σ = ×
实际测量情况为在重复性测量条件下测量2 次，以2 次测量算数平均值为测
量结果，则可得到：
标准不确定度： mA
s
u I p 3
2 4.24 10
2
( ) = = × −
自由度： ( ) ( 1) 9 (10 1) 81 2 v I = m n − = × − =
3.2.3、标准电流表引入的的不确定度u(I )
由于( )和相互独立，因此1 u I ( ) 2 u I u(I ) u (I ) u (I ) 0.0055mA 2
2
1
= 2 + =
( ) ( ) 130.9 取4
4
= =
Σ
i
i
v
u
v I u I v(I ) = 130
4、合成不确定度和扩展不确定度
4.1、灵敏系数
数学模型： 0 p I
p
I I I
m
Δ = − m ⋅ +
灵敏系数： = − = −6.4
∂
∂Δ
=
m
m
p p
I
p
c I = 1
∂
∂Δ
=
p
c I I
4.2、合成不确定度
次数n 1 2 3 4 5
实测值（mA) 16.826 16.826 16.826 16.826 16.815
次数n 6 7 8 9 10
实测值（mA) 16.827 16.820 16.825 16.815 16.820
压力（MPa） 0.5 1 2
实验标准差sj
(mA）
s1=5.1×10-3 S4=6.2×10-3 S7=7.2×10-3
S2=5.0×10-3 S5=5.5×10-3 S8=6.7×10-3
S3=5.6×10-3 S6=5.4×10-3 S9=6.8×10-3
由于由于u(p)和u(I )相互独立，因此合成标准不确定度为：
u c u p c u I mA c p I = [ ( )]2 + [ ( )]2 = 0.0072
4.3、合成标准不确定度的有效自由度eff v
165 4
4
= =
Σ
i
i
c
eff
v
u
v u
取有效自由度= 100，对最终结果不会有太大影响。eff v
4.4、扩展不确定度
取置信概率p = 95%，有效自由度= 100，查t 分布表，得包含因子eff v
(100) 1.984，于是扩展不确定度为： 95 95 k = t =
U k u mA c 0.014 95 95 = × =
校准实例：运用上述设备和方法于9 月12 日在本所三楼实验室对蒙牛乳业
（马鞍山）有限公司的一台压力变送器进行校准。校准记录及校准证书见附页
项目发展用途：
依据JJG882-2004《压力变送器》检定规程：“成套后的标准器，包括
整个检定设备在内检定时引入的扩展不确定度U95 应不超过被检压力变送器最大
允许误差绝对值的1/4；对0.1 级和0.05 级被检压力变送器，由此引入的U95
应不超过被检压力变送器最大允许误差绝对值的1/3。”
依据检定规程规定0.1 级压力变送器的最大允许误差为±0.1%，故1/3×
0.1%=0.033%
不确定度的影响量：U95/（20-4）=0.004/16=0.025%≤0.033%
因此，此校准装置附加其他检定所需要的仪器（比如:绝缘电阻表，耐压测
试仪等）就可以满足开展检定准确度等级在0.1 级以上的压力变送器。
结论：根据受检单位的反馈，本校准装置出具的校准数据和企业自身比对的数
据基本相同，因此我们认为利用现有设备开展压力变送器校准在技术和设备方面
是可行的。据不完全统计：马鞍山市地区用于安全防护的压力变送器大约有300
台，依据省收费标准336 元/台。此项目的开展不仅为企业提供了更多的服务而
且为本所增加了近10 万元
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