關(guān)于自動(dòng)校準(zhǔn)壓力表的校準(zhǔn)方法及其安裝保養(yǎng)之探析
淺析壓力表的幾種類型及如何對(duì)其安裝、維護(hù)和保養(yǎng)。
1.概述
1.1概念
壓力的定義：這里的壓力概念，實(shí)際上指的 是物理學(xué)上的壓強(qiáng)，即單位面積上所承受壓力的 大小。絕對(duì)壓力:以絕對(duì)壓力零位為基準(zhǔn)，高于絕 對(duì)壓力零位的壓力。正壓:以大氣壓力為基準(zhǔn)，高 于大氣壓力的壓力。負(fù)壓(真空）以大氣壓力為基 準(zhǔn)，低于大氣壓力的壓力。差壓:兩個(gè)壓力之間的 差值。表壓:以大氣壓力為基準(zhǔn)，大于或小于大氣 壓力的壓力。壓力表:以大氣壓力為基準(zhǔn)，用于測 量小于或大于大氣壓力的儀表。
壓力表：在工業(yè)過程控制與技術(shù)測量過程 中，由于機(jī)械式壓力表的彈性敏感元件具有很高 的機(jī)械強(qiáng)度以及生產(chǎn)方便等特性，使得機(jī)械式壓 力表得到越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)械壓力表中的彈 性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。機(jī) 械壓力表采用彈簧管(波登管)，膜片，膜盒及波紋 管等敏感元件并按此分類。所測量的壓力一般視 為相對(duì)壓力。一般相對(duì)點(diǎn)選為大氣壓力。彈性元件 在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形，通過壓力表 的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大，壓力表就會(huì)顯示出相對(duì)于 大氣壓的相對(duì)值或高或低)。在測量范圍內(nèi)的壓力 值由指針顯示，刻度盤的指示范圍一般做成270 度。
1.2 分類
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(jì)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(jí)計(jì)量部門都廣泛開展了壓力 儀表的計(jì)量校準(zhǔn)工作。快速準(zhǔn)確的校準(zhǔn)精密壓力 表和普通壓力表是經(jīng)濟(jì)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 計(jì)自動(dòng)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 壓力計(jì)、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(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證
2.活塞式壓力計(jì)與數(shù)字式壓力計(jì)簡介
活塞式壓力計(jì)作為高準(zhǔn)確度計(jì)量儀器得到 了廣泛的認(rèn)可，活塞式壓力計(jì)作為基準(zhǔn)的地位幾 乎不可挑戰(zhàn)。活塞式壓力計(jì)是校準(zhǔn)精密壓力表和 普通壓力表的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器。活塞式壓力計(jì)是根據(jù) 帕斯卡定律、流體靜力學(xué)平衡原理為基礎(chǔ)進(jìn)行壓 力計(jì)量的。活塞式壓力計(jì)具有測量范圍寬、準(zhǔn)確度 高、結(jié)構(gòu)簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。但是，活塞式壓力 計(jì)也有它的局限性，活塞式壓力計(jì)實(shí)際上是固定 值的標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)發(fā)生裝置，活塞式壓力計(jì)并不 能測量壓力值。另外，活塞式壓力計(jì)有受溫度影響 比較大、不易于攜帶、工作時(shí)需要調(diào)整水平和搬動(dòng) 砝碼勞動(dòng)強(qiáng)度大等不足，并且，活塞式壓力計(jì)很難 與計(jì)算機(jī)組成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)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(jìn)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(cái)力。從壓力傳感器的選材到計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)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(shí)，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的壓力傳感器信 號(hào)處理技術(shù)更是突飛猛進(jìn)，高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換 技術(shù)和低漂移運(yùn)算放大技術(shù)很好地保證了壓力傳 感器的應(yīng)用。 數(shù)字式壓力計(jì)就是壓力傳感器技術(shù) 的一種應(yīng)用。數(shù)字式壓力計(jì)經(jīng)過20多年的發(fā)展己 經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。根據(jù)國外文獻(xiàn)報(bào)道，一些數(shù) 字式壓力計(jì)的壓力測量指標(biāo)己經(jīng)達(dá)到0.01%不確 定度/年。國內(nèi)也早在20世紀(jì)80年代就開展了數(shù) 字式壓力計(jì)的研究，并且取得了豐碩的成果。目 前，我們與世界先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)在壓力 傳感器生產(chǎn)工藝上。
3.用活塞式壓力計(jì)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 活塞式壓力計(jì)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(diǎn)應(yīng)不少于8個(gè)點(diǎn)；點(diǎn)盡可能在 測量范圍內(nèi)均勻分布。時(shí)壓力從零位開始，應(yīng)平穩(wěn) 升壓或降壓，對(duì)各點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)平穩(wěn)地降壓或升壓回檢。在升壓或降壓時(shí) 應(yīng)避免有沖擊和回程現(xiàn)象。對(duì)每一點(diǎn)在升壓或降 壓時(shí)均應(yīng)該進(jìn)行兩次讀數(shù)，第一次在輕敲表殼前 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(hào)是P0016的0.4級(jí) 60MPa精密壓力表作為被檢儀表，為了減少活塞 式壓力計(jì)引入的不確定度，我們選用一等活塞式 壓力計(jì)做標(biāo)準(zhǔn)器。在上面的過程中，我們需要對(duì)精 密壓力表進(jìn)行估讀。因?yàn)椋軌毫Ρ淼闹羔槻⒉?/span> 一定在刻度線上，所以，我們估讀時(shí)很容易引入誤 差，并且工作也不方便。
4.數(shù)字式壓力計(jì)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(hào)是1200056 準(zhǔn)確度為0.05%F*S的數(shù)字式壓力計(jì)作為做傳遞 計(jì)量器具對(duì)編號(hào)是P0016的0.4級(jí)60MPa同一塊 精密壓力表進(jìn)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(dòng)讀取數(shù)據(jù)并且 進(jìn)行記錄。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(diǎn)的刻度線上，按下計(jì)算機(jī)的 確定鍵，計(jì)算機(jī)通過RS232串行通訊口自動(dòng)從數(shù) 字式壓力計(jì)讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)。在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，我們 按習(xí)慣將標(biāo)準(zhǔn)值記錄為整數(shù)點(diǎn)值而將被檢表值進(jìn) 行計(jì)算后添入記錄，我們稱之為“反校法”計(jì)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(duì)應(yīng)PS的數(shù)字式壓力計(jì)測量值
5.數(shù)字式壓力計(jì)的線性度檢驗(yàn)
雖然精密壓力表表盤分度在整個(gè)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?cè)诠雷x精密壓力 表時(shí)也是按線性考慮的。使用數(shù)字式壓力計(jì)進(jìn)行” 反校法”工作時(shí)，我們默認(rèn)數(shù)字式壓力計(jì)在極小 的測量區(qū)間內(nèi)是線性的。我們選用編號(hào)是 1200056準(zhǔn)確度為0.05%F*S的數(shù)字式壓力計(jì)進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)，以考察其線性。我們?cè)谝坏然钊綁毫τ?jì) 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計(jì)產(chǎn)生 不同的標(biāo)準(zhǔn)壓力。從數(shù)據(jù)我們可以看出，在極小的 測量區(qū)間內(nèi)，該數(shù)字式壓力計(jì)的線性變化不超過 0.003%。數(shù)字式壓力計(jì)作為新興的傳遞計(jì)量器具 己逐漸被人們接受，數(shù)字式壓力計(jì)具有小巧、通訊 方便等很多優(yōu)點(diǎn)。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(jí) 的數(shù)字式壓力計(jì)將有更大的應(yīng)用空間，因?yàn)樗鼈?/span> 直接面對(duì)著產(chǎn)生過程儀表。通過以上實(shí)驗(yàn)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) 字式壓力計(jì)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 式壓力計(jì)滿足傳遞準(zhǔn)確度要求的情況下，我們使 用”反校法”進(jìn)行精密壓力表和普通壓力表的校 準(zhǔn)工作是可行的。
6.壓力表的安裝。
6.1壓力表的安裝位置應(yīng)符合安裝狀態(tài)的要 求，表盤一般不應(yīng)水平放置，安裝位置的高低應(yīng)便 于工作人員觀測。6.2壓力表安裝處與測壓點(diǎn)的距 離應(yīng)盡量短，要保證完好的密封性，不能出現(xiàn)泄漏 現(xiàn)象。6.3在安裝的壓力表前端應(yīng)有緩沖器;為便 于檢驗(yàn)，在儀表下方應(yīng)裝有切斷閥;當(dāng)介質(zhì)較臟或 有脈沖壓力時(shí)，可采用過濾器、緩沖器和穩(wěn)壓氣 等。
7.壓力表要定期進(jìn)行檢修維護(hù)
7.1經(jīng)過一段時(shí)間的使用與受壓，壓力表機(jī) 芯難免會(huì)出現(xiàn)一些變形和磨損，壓力表就會(huì)產(chǎn)生 各種誤差和故障。為了保證其原有的準(zhǔn)確度而不 使量值傳遞失真，應(yīng)及時(shí)更換，以確保指示正確、 安全可靠。7.2壓力表要定期進(jìn)行清洗。因?yàn)閴毫?/span> 表內(nèi)部不清潔，就會(huì)增加各機(jī)件磨損，從而影響其 正常工作，嚴(yán)重的會(huì)使壓力表失靈、報(bào)廢。7.3在測 壓部位安裝的壓力表，根據(jù)JJG52- 1999規(guī)定，它 的檢定周期一般不超過半年。7.4測壓部位介質(zhì)波 動(dòng)大，使用頻繁，準(zhǔn)確度要求較高，以及對(duì)安全因 素要求較嚴(yán)的，可按具體情況將檢定周期適當(dāng)縮 短。
