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反校法校准方法探讨
点击次数:2465 发布时间:2010-07-16

关于使用数字式压力计进行自动校准精密压力表和普通压力表的校准方法探讨

一、概述

    压力作为生产过程的重要参数,在工业生产中占据了十分重要的地位。精密压力表和普通压力表的计量校准工作是量传工作的主要组成部分。工矿企业和各级计量部门都广泛开展了压力仪表的计量校准工作。快速准确的校准精密压力表和普通压力表是经济高速发展的必然要求,我们以校准精密压力表为例,探讨使用数字式压力计自动校准精密压力表和普通压力表的校准方法。

    该方法的校准记录格式与传统校准记录格式完全相同。该校准方法的理论基础为基于数字式压力计、精密压力表和普通压力表在微分区间内是线性的。在此,我们对该方法进行验证

    二、活塞式压力计与数字式压力计简介

    活塞式压力计作为高准确度计量仪器得到了广泛的认可,活塞式压力计作为基准的地位几乎不可挑战。活塞式压力计是校准精密压力表和普通压力表的传统标准器。活塞式压力计是根据帕斯卡定律、流体静力学平衡原理为基础进行压力计量的。活塞式压力计具有测量范围宽、准确度高、结构简单、重复性好等优点。但是,活塞式压力计也有它的局限性,活塞式压力计实际上是固定值的标准压力信号发生装置,活塞式压力计并不能测量压力值。另外,活塞式压力计有受温度影响比较大、不易于携带、工作时需要调整水平和搬动砝码劳动强度大等不足,并且,活塞式压力计很难与计算机组成系统实现自动测量。

    进入二十一世纪以来,计算机技术和微电子技术得到了的发展,以微电子技术为基础的压力传感器技术也得到了长足的进步。西方发达国家在压力传感器的研制方面投入了巨大的人力、物力和财力。从压力传感器的选材到计算机辅助设计软件和微刻蚀技术的应用,使压力传感器的性能有了质的飞跃。各种不同敏感原理的压力传感器研究也取得了巨大的成就。压力传感器受温度的影响大大减小,而压力传感器的稳定性却大大提高。同时,基于计算机技术的压力传感器信号处理技术更是突飞猛进,高分辨率的A/D转换技术和低漂移运算放大技术很好地保证了压力传感器的应用。数字式压力计就是压力传感器技术的一种应用。数字式压力计经过二十多年的发展已经得到了大量的应用。根据国外文献报道,一些数字式压力计的压力测量指标已经达到0.01%不确定度/年。国内也早在上世纪八十年代就开展了数字式压力计的研究,并且取得了丰硕的成果。目前,我们与世界先进水平的差距主要体现在压力传感器生产工艺上。

    三、用活塞式压力计校准精密压力表和普通压力表

    现在以校准精密压力表为例,根据《弹簧管式压力表和真空表》JJG49-1999国家规程,使用活塞式压力计校准精密压力表的操作方法为:将精密压力表按使用工作位置安装在装置上。精密压力表示值误差点应不少于8个点;点尽可能在测量范围内均匀分布。时压力从零位开始,应平稳升压或降压,对各点进行示值,当示值达到测量上限后,切断压力源(或真空源),耐压3分钟,然后按原点平稳地降压或升压回检。在升压或降压时应避免有冲击和回程现象。对每一点在升压或降压时均应该进行两次读数,*次在轻敲表壳前读取;第二次在轻敲表壳后读取(按分度值的1/10估读)。

    下面,我们选取一块编号是P00160.460MPa精密压力表作为被检仪表,为了减少活塞式压力计引入的不确定度,我们选用一等活塞式压力计做标准器。数据记录如表一:

    在上面的过程中,我们需要对精密压力表进行估读。因为,精密压力表的指针并不一定在刻度线上,所以,我们估读时很容易引入误差,并且工作也不方便。
四、数字式压力计校准精密压力表和普通压力表同样执行《弹簧管式压力表和真空表》JJG49-1999国家规程,我们选用编号是1200056准确度为0.05%F·S的数字式压力计作为做传递计量器具对编号是P00160.460MPa同一块精密压力表进行校准。在该校准过程中,我们使用CST2000S-2精密压力表软件自动读取数据并且进行记录。数据记录如表二:在上面的过程中,我们需将精密压力表的指针调整到测量点的刻度线上,按下计算机的确定键,计算机通过RS232串行通讯口自动从数字式压力计读取相关的数据。在记录数据时,我们按习惯将标准值记录为整数点值而将被检表值进行计算后添入记录,我们称之为反校法。计算公式如下:
P=2PS-PM
P
  记录中的记录值
PS
记录中的标准值
PM
对应PS的数字式压力计测量值

    五、数字式压力计的线性度检验

    虽然精密压力表表盘分度在整个测量范围内不是线性的,但是在相邻读数刻度线测量范围内分度是线性的,根据《弹簧管式压力表和真空表》JJG49-1999国家规程,我们在估读精密压力表时也是按线性考虑的。使用数字式压力计进行反校法工作时,我们默认数字式压力计在极小的测量区间内是线性的。我们选用编号是1200056准确度为0.05%F·S的数字式压力计进行实验,以考察其线性。我们在一等活塞式压力计的活塞连接件上添加质量分别为2mg5mg10mg20mg的标准砝码,以便使一等活塞式压力计产生不同的标准压力。下面是我们在实验点附近正向变化时的测量数据,记录如表三:
从以上数据我们可以看出,在极小的测量区间内,该数字式压力计的线性变化不超过0.003%

     六、结论

     数字式压力计作为新兴的传递计量器具已逐渐被人们接受,数字式压力计具有小巧、通讯方便等很多优点。特别是随着校准体系的推广和校准行为的现场化、自主化,0.05%F·S准确度量级的数字式压力计将有更大的应用空间,因为它们直接面对着产生过程仪表。

    通过以上实验和分析,两种标准器的校准结果zui大相差0.1MPa,并且数字式压力计具有很好的线性,另外,精密压力表的准确度也高于普通压力表的准确度。因此,在数字式压力计满足传递准确度要求的情况下,我们使用反校法进行精密压力表和普通压力表的校准工作是可行的。

 

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