傳統校準與現代數字式校準方法探討

一、概述

壓力作為生產過程的重要參數，在工業生產中占據了十分重要的地位。精密壓力表和普通壓力表的計量校準工作是量傳工作的主要組成部分。工礦企業和各級*都廣泛開展了壓力儀表的計量校準工作。快速準確的校準精密壓力表和普通壓力表是經濟高速發展的必然要求，我們以校準精密壓力表為例，探討使用數字式壓力計自動校準精密壓力表和普通壓力表的校準方法。

該方法的校準記錄格式與傳統校準記錄格式*相同。該校準方法的理論基礎為基于數字式壓力計、精密壓力表和普通壓力表在微分區間內是線性的。在此，我們對該方法進行驗證。

二、活塞式壓力計與數字式壓力計簡介

活塞式壓力計作為高準確度計量儀器得到了廣泛的認可，活塞式壓力計作為基準的地位幾乎不可挑戰。活塞式壓力計是校準精密壓力表和普通壓力表的傳統標準器。活塞式壓力計是根據帕斯卡定律、流體靜力學平衡原理為基礎進行壓力計量的。活塞式壓力計具有測量范圍寬、準確度高、結構簡單、重復性好等優點。但是，活塞式壓力計也有它的局限性，活塞式壓力計實際上是固定值的標準壓力信號發生裝置，活塞式壓力計并不能測量壓力值。另外，活塞式壓力計有受溫度影響比較大、不易于攜帶、工作時需要調整水平和搬動砝碼勞動強度大等不足，并且，活塞式壓力計很難與計算機組成系統實現自動測量。

進入二十一世紀以來，計算機技術和微電子技術得到了的發展，以微電子技術為基礎的壓力傳感器技術也得到了長足的進步。西方發達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計軟件和微刻蝕技術的應用，使壓力傳感器的性能有了質的飛躍。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，而壓力傳感器的穩定性卻大大提高。同時，基于計算機技術的壓力傳感器信號處理技術更是突飛猛進，高分辨率的A/D轉換技術和低漂移運算放大技術很好地保證了壓力傳感器的應用。數字式壓力計就是壓力傳感器技術的一種應用。數字式壓力計經過二十多年的發展已經得到了大量的應用。根據國外文獻報道，一些數字式壓力計的壓力測量指標已經達到0.01%不確定度/年。國內也早在上世紀八十年代就開展了數字式壓力計的研究，并且取得了豐碩的成果。目前，我們與*水平的差距主要體現在壓力傳感器生產工藝上。

三、用活塞式壓力計校準精密壓力表和普通壓力表

現在以校準精密壓力表為例，根據《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規程，使用活塞式壓力計校準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不少于8個點；點盡可能在測量范圍內均勻分布。時壓力從零位開始，應平穩升壓或降壓，對各點進行示值，當示值達到測量上限后，切斷壓力源（或真空源），耐壓3分鐘，然后按原點平穩地降壓或升壓回檢。在升壓或降壓時應避免有沖擊和回程現象。對每一點在升壓或降壓時均應該進行兩次讀數，*次在輕敲表殼前讀取；第二次在輕敲表殼后讀取（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計引入的不確定度，我們選用一等活塞式壓力計做標準器。數據記錄如表一：

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、數字式壓力計校準精密壓力表和普通壓力表

同樣執行《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規程，我們選用編號是1200056準確度為0.05%F·S的數字式壓力計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。在該校準過程中，我們使用CST2000S-2精密壓力表軟件自動讀取數據并且進行記錄。數據記錄如表二：

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字式壓力計讀取相關的數據。在記錄數據時，我們按習慣將標準值記錄為整數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： 記錄中的標準值

PM： 對應PS的數字式壓力計測量值

五、數字式壓力計的線性度檢驗

雖然精密壓力表表盤分度在整個測量范圍內不是線性的，但是在相鄰讀數刻度線測量范圍內分度是線性的，根據《彈簧管式壓力表和真空表》JJG49-1999國家規程，我們在估讀精密壓力表時也是按線性考慮的。使用數字式壓力計進行“反校法”工作時，我們默認數字式壓力計在極小的測量區間內是線性的。我們選用編號是1200056準確度為0.05%F·S的數字式壓力計進行實驗，以考察其線性。我們在一等活塞式壓力計的活塞連接件上添加質量分別為2mg、5mg、10mg、20mg的標準砝碼，以便使一等活塞式壓力計產生不同的標準壓力。下面是我們在實驗點附近正向變化時的測量數據，記錄如表三：

從以上數據我們可以看出，在極小的測量區間內，該數字式壓力計的線性變化不超過0.003%。

六、結論

數字式壓力計作為新興的傳遞計量器具已逐漸被人們接受，數字式壓力計具有小巧、通訊方便等很多優點。特別是隨著校準體系的推廣和校準行為的現場化、自主化，0.05%F·S準確度量級的數字式壓力計將有更大的應用空間，因為它們直接面對著產生過程儀表。

通過以上實驗和分析，兩種標準器的校準結果zui大相差0.1MPa，并且數字式壓力計具有很好的線性，另外，精密壓力表的準確度也高于普通壓力表的準確度。因此，在數字式壓力計滿足傳遞準確度要求的情況下，我們使用“反校法”進行精密壓力表和普通壓力表的校準工作是可行的。