Погрешность измерений давления

Погрешность измерений давления – это разница между показанием прибора и действительным значением давления среды. Ни один датчик или манометр не выдаёт истинную величину: каждое измерение содержит систематические, случайные и приборные отклонения. Понимание допускаемых ошибок позволяет правильно подобрать технику, оценить достоверность контроля и избежать аварийных режимов в трубопроводах и реакторах.

Виды погрешностей измерения давления

В метрологии различают несколько типов отклонений:

• Абсолютная погрешность – разность между измеренным и истинным значением в единицах давления (Па, кПа, бар, МПа). Обозначается как Δ.
• Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в процентах. Показывает, насколько велико отклонение именно в текущей точке диапазона.
• Приведённая погрешность – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению (обычно верхний предел измерения прибора). Именно она фиксируется в паспорте манометра и определяет его класс точности.
• Основная погрешность – возникает в нормальных условиях эксплуатации (температура 20 ± 5 °С, влажность до 80 %, вертикальное положение).
• Дополнительная погрешность – появляется при отклонении условий от нормы: перепады температуры, вибрация, горизонтальный монтаж, пульсация среды.
• Случайная и систематическая – случайная изменяется непредсказуемо от опыта к опыту, систематическая сохраняет знак и величину при повторении измерений.

Как рассчитать погрешность измерения давления?

Основные формулы связывают три вида отклонений:

• Абсолютная: Δ = γ × P_max / 100
• Относительная в точке: δ = (Δ / P_изм) × 100
• Приведённая: γ = (Δ / P_max) × 100

где γ – класс точности в процентах, P_max – верхний предел шкалы, P_изм – текущее показание.

Пример. Манометр класса точности 1,6 работает в диапазоне до 10 МПа и показывает 4 МПа.

• Абсолютная погрешность: Δ = 1,6 × 10 / 100 = 0,16 МПа.
• Относительная в точке 4 МПа: δ = (0,16 / 4) × 100 = 4 %.

Если тот же прибор показывает 8 МПа, относительная погрешность уменьшится до 2 %. Это важное правило: чем ближе рабочее давление к верхнему пределу шкалы, тем меньше относительная ошибка.

Класс точности манометров и расшифровка маркировки

Класс точности наносят на циферблат кружком или располагают около шкалы. Число равно максимальной приведённой погрешности в процентах от верхнего предела измерения.

Выбирайте манометр так, чтобы рабочее давление находилось в диапазоне от 1/3 до 2/3 шкалы. Измерение 0,5 МПа манометром на 25 МПа даст огромную относительную погрешность даже при высоком классе точности.

Факторы, увеличивающие погрешность

Отклонения редко остаются на уровне паспортной основной погрешности. На практике их увеличивают:

• Температура окружающей среды и среды. При +40 °С или –20 °С упругие элементы деформируются иначе, а механизм расширяется или сжимается.
• Вибрация и пульсация. Быстрые колебания давления приводят к разбалтыванию шестерённого механизма и преждевременному износу трубки Бурдона.
• Неправильное положение. Механические манометры калибруют в вертикальном положении. При горизонтальном монтаже трение в оси стрелки может добавить до 0,5 % погрешности.
• Гистерезис. При нарастании давления до 5 МПа и возврате к 5 МПа стрелка может зафиксировать разницу в 0,2 – 0,5 %.
• Загрязнение и кристаллизация. Забитые капилляры и засорённые сапунные отверстия создают дополнительное гидравлическое сопротивление.

Как уменьшить погрешность измерения давления

Снизить отклонения на объекте можно без замены оборудования:

1. Подбирайте диапазон по месту. Оптимально, когда рабочее значение занимает 50 – 75 % шкалы.
2. Учитывайте температуру. Используйте манометры с температурной компенсацией или вносите поправку по паспорту.
3. Гасите пульсацию. Устанавливайте демпферы, трубки Петротта или блоки питательные перед чувствительным элементом.
4. Проводите поверку в срок. Межповерочный интервал для рабочих манометров обычно составляет 1 – 2 года.
5. Монтируйте строго. Соблюдайте положение, указанное на корпусе, и используйте отводные трубки для горячих или агрессивных сред.
6. Отдавайте предпочтение цифровым датчикам. Они менее подвержены механическому износу и часто содержат встроенные алгоритмы температурной компенсации.