活塞式壓力表和精密壓力表的校驗
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一、概述
壓力作為生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了十分重要的地位。精密壓力表和普通壓力表的計量校準(zhǔn)工作是量傳工作的主要組成部分。工礦企業(yè)和各級計量部門都廣泛開展了壓力儀表的計量校準(zhǔn)工作�？焖贉�(zhǔn)確的校準(zhǔn)精密壓力表和普通壓力表是經(jīng)濟高速發(fā)展的必然要求，我們以校準(zhǔn)精密壓力表為例，探討使用數(shù)字式壓力表自動校準(zhǔn)精密壓力表和普通壓力表的校準(zhǔn)方法。
該方法的校準(zhǔn)記錄格式與傳統(tǒng)校準(zhǔn)記錄格式完全相同。該校準(zhǔn)方法的理論基礎(chǔ)為基于數(shù)字式壓力表、精密壓力表和普通壓力表在微分區(qū)間內(nèi)是線性的。在此，我們對該方法進行驗證
二、活塞式壓力表與數(shù)字式壓力表簡介
活塞式壓力表作為高準(zhǔn)確度計量儀器得到了廣泛的認(rèn)可，活塞式壓力表作為基準(zhǔn)的地位幾乎不可挑戰(zhàn)�；钊綁毫Ρ硎切�(zhǔn)精密壓力表和普通壓力表的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器�；钊綁毫Ρ硎歉鶕�(jù)帕斯卡定律、流體靜力學(xué)平衡原理為基礎(chǔ)進行壓力表量的�；钊綁毫Ρ砭哂袦y量范圍寬、準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點。但是，活塞式壓力表也有它的局限性，活塞式壓力表實際上是固定值的標(biāo)準(zhǔn)壓力信號發(fā)生裝置，活塞式壓力表并不能測量壓力值。另外，活塞式壓力表有受溫度影響比較大、不易于攜帶、工作時需要調(diào)整水平和搬動砝碼勞動強度大等不足，并且，活塞式壓力表很難與計算機組成系統(tǒng)實現(xiàn)自動測量。
進入二十一世紀(jì)以來，計算機技術(shù)和微電子技術(shù)得到了空前的發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的壓力傳感器技術(shù)也得到了長足的進步。西方發(fā)達(dá)國家在壓力傳感器的研制方面投入了巨大的人力、物力和財力。從壓力傳感器的選材到計算機輔助設(shè)計軟件和微刻蝕技術(shù)的應(yīng)用，使壓力傳感器的性能有了質(zhì)的飛躍。各種不同敏感原理的壓力傳感器研究也取得了巨大的成就。壓力傳感器受溫度的影響大大減小，而壓力傳感器的穩(wěn)定性卻大大提高。同時，基于計算機技術(shù)的壓力傳感器信號處理技術(shù)更是突飛猛進，高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)和低漂移運算放大技術(shù)很好地保證了壓力傳感器的應(yīng)用。數(shù)字式壓力表就是壓力傳感器技術(shù)的一種應(yīng)用。數(shù)字式壓力表經(jīng)過二十多年的發(fā)展已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。根據(jù)國外文獻報道，一些數(shù)字式壓力表的壓力測量指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到0.01%不確定度/年。國內(nèi)也早在上世紀(jì)八十年代就開展了數(shù)字式壓力表的研究，并且取得了豐碩的成果。目前，我們與世界先進水平的差距主要體現(xiàn)在壓力傳感器生產(chǎn)工藝上。
三、用活塞式壓力表校準(zhǔn)精密壓力表和普通壓力表
現(xiàn)在以校準(zhǔn)精密壓力表為例，根據(jù)《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規(guī)程，使用活塞式壓力表校準(zhǔn)精密壓力表的操作方法為：將精密壓力表按使用工作位置安裝在裝置上。精密壓力表示值誤差點應(yīng)不少于8個點；點盡可能在測量范圍內(nèi)均勻分布。時壓力從零位開始，應(yīng)平穩(wěn)升壓或降壓，對各點進行示值，當(dāng)示值達(dá)到測量上限后，切斷壓力源(或真空源)，耐壓3分鐘，然后按原點平穩(wěn)地降壓或升壓回檢。在升壓或降壓時應(yīng)避免有沖擊和回程現(xiàn)象。對每一點在升壓或降壓時均應(yīng)該進行兩次讀數(shù)，第一次在輕敲表殼前讀�。坏诙卧谳p敲表殼后讀取(按分度值的1/10估讀)。
下面，我們選取一塊編號是P0016的0.4級60MPa精密壓力表作為被檢儀表，為了減少活塞式壓力表引入的不確定度，我們選用一等活塞式壓力表做標(biāo)準(zhǔn)器。數(shù)據(jù)記錄如表一：
在上面的過程中，我們需要對精密壓力表進行估讀。因為，精密壓力表的指針并不一定在刻度線上，所以，我們估讀時很容易引入誤差，并且工作也不方便。
四、數(shù)字式壓力表校準(zhǔn)精密壓力表和普通壓力表同樣執(zhí)行《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規(guī)程，我們選用編號是1200056準(zhǔn)確度為0.05%F·S的數(shù)字式壓力表作為做傳遞計量器具對編號是P0016的0.4級60MPa同一塊精密壓力表進行校準(zhǔn)。在該校準(zhǔn)過程中，我們使用CST2000S-2精密壓力表軟件自動讀取數(shù)據(jù)并且進行記錄。數(shù)據(jù)記錄如表二：在上面的過程中，我們需將精密壓力表的指針調(diào)整到測量點的刻度線上，按下計算機的確定鍵，計算機通過RS232串行通訊口自動從數(shù)字式壓力表讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)。在記錄數(shù)據(jù)時，我們按習(xí)慣將標(biāo)準(zhǔn)值記錄為整數(shù)點值而將被檢表值進行計算后添入記錄，我們稱之為“反校法”。計算公式如下：
P=2PS-PM
P：記錄中的記錄值
PS：記錄中的標(biāo)準(zhǔn)值
PM：對應(yīng)PS的數(shù)字式壓力表測量值
五、數(shù)字式壓力表的線性度檢驗
雖然精密壓力表表盤分度在整個測量范圍內(nèi)不是線性的，但是在相鄰讀數(shù)刻度線測量范圍內(nèi)分度是線性的，根據(jù)《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規(guī)程，我們在估讀精密壓力表時也是按線性考慮的。使用數(shù)字式壓力表進行“反校法”工作時，我們默認(rèn)數(shù)字式壓力表在極小的測量區(qū)間內(nèi)是線性的。我們選用編號是1200056準(zhǔn)確度為0.05%F·S的數(shù)字式壓力表進行實驗，以考察其線性。我們在一等活塞式壓力表的活塞連接件上添加質(zhì)量分別為2mg、5mg、10mg、20mg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，以便使一等活塞式壓力表產(chǎn)生不同的標(biāo)準(zhǔn)壓力。下面是我們在實驗點附近正向變化時的測量數(shù)據(jù)，記錄如表三：
從以上數(shù)據(jù)我們可以看出，在極小的測量區(qū)間內(nèi)，該數(shù)字式壓力表的線性變化不超過0.003%。
六、結(jié)論
數(shù)字式壓力表作為新興的傳遞計量器具已逐漸被人們接受，數(shù)字式壓力表具有小巧、通訊方便等很多優(yōu)點。特別是隨著校準(zhǔn)體系的推廣和校準(zhǔn)行為的現(xiàn)場化、自主化，0.05%F·S準(zhǔn)確度量級的數(shù)字式壓力表將有更大的應(yīng)用空間，因為它們直接面對著產(chǎn)生過程儀表。
通過以上實驗和分析，兩種標(biāo)準(zhǔn)器的校準(zhǔn)結(jié)果最大相差0.1MPa，并且數(shù)字式壓力表具有很好的線性，另外，精密壓力表的準(zhǔn)確度也高于普通壓力表的準(zhǔn)確度。因此，在數(shù)字式壓力表滿足傳遞準(zhǔn)確度要求的情況下，我們使用“反校法”進行精密壓力表和普通壓力表的校準(zhǔn)工作是可行的。
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