壓力表檢定的發(fā)展概況
本文綜述了壓力測量儀表檢定的發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀。同時(shí),對常用的壓力檢定方法進(jìn)行了介紹。
1.概述
壓力是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測量和 控制的最基本參數(shù)之一。在工程技術(shù)中所稱的壓 力與物理學(xué)中的壓強(qiáng)具有相同的概念。壓力測量 儀表在宇航、航空、石油、化工等部門的生產(chǎn)和科 研中的應(yīng)用極為廣泛。為保證壓力測量的準(zhǔn)確性， 必須對壓力測量儀表按一定的要求進(jìn)行量值傳遞 和定期檢定。世界各國均制定了嚴(yán)格的壓力量值 傳遞方法和檢定規(guī)程。以我國為例，根據(jù)壓力量值 傳遞的需要，將所有的壓力儀表分為基準(zhǔn)的、標(biāo)準(zhǔn) 的和工作用的三大類。一個(gè)壓力值由國家基準(zhǔn)傳 遞到具體的工作儀表需經(jīng)過許多步驟，并要按規(guī) 定的儀器和方法進(jìn)行傳遞。壓力表的檢定經(jīng)歷了 手動(dòng)檢定及自動(dòng)檢定兩個(gè)階段。
2.壓力表的手動(dòng)檢定方法
壓力的測量始于1654年，而壓力儀表的檢 定也有一百多年的歷史。早在1847年，英國的 Sydney Sm ith就利用一端加載的鬧門標(biāo)定壓力 表。但直到20世紀(jì)70年代以前一直是壓力儀表 檢定的手動(dòng)操作階段。這一階段的壓力儀表檢定 方法，通常利用檢定用的標(biāo)準(zhǔn)器，借助手動(dòng)加壓、 減壓的方法，產(chǎn)生所要求的標(biāo)準(zhǔn)壓力。檢定用的標(biāo) 準(zhǔn)器應(yīng)根據(jù)不同的壓力范圍進(jìn)行選擇。通常可將 用作標(biāo)準(zhǔn)器的壓力儀表分為四大類：液體式、彈簧 式、活塞式及電測式。液體式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜 力學(xué)原理，利用液柱的高度測量壓力。常用的液體 式壓力計(jì)有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)及傾斜式 壓力計(jì)等。彈簧式壓力計(jì)是利用各種彈性元件受 到壓力作用后產(chǎn)生彈性變形的原理來測量壓力 的。這一類壓力儀表種類最多，因使用的彈性敏感 元件不同，有彈簧管式、膜片式、膜盒式及波紋管 式等多種。活塞式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜壓原理和 帕斯卡原理，利用液體將一個(gè)準(zhǔn)確已知的壓力傳 遞給被校準(zhǔn)的儀表，壓力大小可由活塞有效面積 及砝碼質(zhì)量精確求得。活塞式壓力計(jì)誕生于1860 年，自19世紀(jì)90年代起，這種壓力計(jì)便作為壓 力檢定儀得到普遍應(yīng)用。此后的一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間 里，隨著科技水平及機(jī)械加工技術(shù)的堤高，活塞 式壓力計(jì)的測量準(zhǔn)確度不斷堤高，測量范圍不斷 擴(kuò)大。目前已有準(zhǔn)確度等級為0.002級、測量范圍 達(dá)215GPa的活塞式壓力計(jì)。20世紀(jì)80年代初， 出現(xiàn)了以氣體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計(jì)，由于 其測量準(zhǔn)確度高，已逐步取代液柱型壓力計(jì)，成為 中壓范圍內(nèi)壓力檢定標(biāo)準(zhǔn)器。電測式壓力計(jì)主要 指各種壓力傳感器，主要有應(yīng)變式、壓阻式、電感 式、電容式、壓電式等多種類型。
3.壓力表的自動(dòng)檢定
手動(dòng)檢定方法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件 差、檢定效率低(檢一只壓力表至少需30分鐘左 右)，而且讀數(shù)易受人為因素影響，準(zhǔn)確度不易保 證。自20世紀(jì)70年代末80年初，世界各國的計(jì) 量檢定工作者紛紛開始壓力檢定自動(dòng)化的研究。 早期的壓力表自動(dòng)檢定裝置自動(dòng)化程度較低，而 且其自動(dòng)化主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動(dòng)產(chǎn)生上， 而對檢定結(jié)果的記錄、處理仍需人工完成。隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，壓力檢定自動(dòng)化程度逐步堤高， 檢定準(zhǔn)確度、檢定速度均得到堤高，操作曰趨簡 便。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)的引入，使檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng) 記錄、處理更易于實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)壓力檢定的工作原理，可將壓力表的自 動(dòng)檢定方法分為兩大類：基于活塞式壓力計(jì)的自 動(dòng)檢定法以及利用壓力傳感器的自動(dòng)檢定法。
3.1基于活塞式壓力計(jì)的自動(dòng)檢定法
這種自動(dòng)造壓方法以活塞式壓力計(jì)為基礎(chǔ)， 具有造壓準(zhǔn)確度高、范圍大等優(yōu)點(diǎn)，其自動(dòng)化通常 體現(xiàn)在活塞旋轉(zhuǎn)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測活塞位置以及 自動(dòng)加裝砝碼。1984年，Thcta Pncumatics公司 生產(chǎn)的D&H5000系列標(biāo)準(zhǔn)壓力源實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓 力產(chǎn)生的全自動(dòng)化1]。它采用線性差動(dòng)變壓器確定 活塞的位移量，利用機(jī)械手臂裝卸大砝碼，小砝 碼的加載由一系列電磁閥控制汽缸的動(dòng)作來完 成。造壓范圍可達(dá)500MPa。英國劍橋大學(xué)的R & Sho rrock 與 E. JA therton 于 1987 年提出了在 活塞壓力計(jì)的基礎(chǔ)上，用電機(jī)帶動(dòng)螺旋壓力機(jī)的 自動(dòng)加壓方式，并利用位移傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制以 提高系統(tǒng)的控制精度系統(tǒng)中壓力的大小仍由砝 碼質(zhì)量及活塞的有效面積確定。 這種造壓方法結(jié) 構(gòu)簡單，系統(tǒng)的性能價(jià)格比較高。
3.2利用壓力傳感器的自動(dòng)檢定法這是以各 種壓力傳感器為測壓元件的自動(dòng)檢定方法，利用 壓力傳感器直接輸出電信號的特點(diǎn)，易于組成自 動(dòng)檢定系統(tǒng)。由于采用的壓力傳感器的種類不同， 所組成的自動(dòng)檢定系統(tǒng)的工作原理也各不相同。 1978年，日本橫河電機(jī)制作所研制成T/2656型 標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器， 實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生的自動(dòng)化。 其壓力產(chǎn)生的原理是，利用電機(jī)通過螺桿帶動(dòng)閥 針移動(dòng)，改變閥座中氣流流出孔的面積，從而調(diào) 節(jié)輸出壓力的大小。這種壓力發(fā)生器的誤差可< 滿量程的0.1%，壓力產(chǎn)生范圍為0?200kPac
英國牛津壓力系統(tǒng)公司于1989年推出了 GPC-II型智能壓力檢定裝置，內(nèi)含多塊精密壓力 變送器，用以監(jiān)控定點(diǎn)壓力和測量系統(tǒng)內(nèi)的壓力。 變送器置于恒溫箱內(nèi)，以消除溫度的影響。壓力的 控制由兩個(gè)測量電磁閥完成，電磁閥的動(dòng)作受計(jì) 算機(jī)控制，定點(diǎn)造壓誤差^ 0.1%。標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生范 圍為0?10M Pa。英國DRUCK公司研制出DPI 510 型壓力檢定儀。 這種檢定儀可產(chǎn)生誤差為 0.025%，范圍在-0.1?21MPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力， 壓力達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間只需4秒而無超調(diào)現(xiàn)象。 采用高準(zhǔn)確度的壓力敏感元件監(jiān)測內(nèi)部產(chǎn)生的壓 力，壓力敏感元件產(chǎn)生的反饋信號輸入到微處理 器中。由微處理器采用脈寬調(diào)制方式控制內(nèi)部電 磁閥的動(dòng)作。
4.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
進(jìn)入20世紀(jì)90年代，壓力表檢定的自動(dòng)化 研究主要有兩個(gè)趨勢。一是適于現(xiàn)場檢定的便攜 式壓力檢定儀，要求體積小、重量輕、操作簡單、檢 定速度快，以適應(yīng)在工業(yè)現(xiàn)場短時(shí)間內(nèi)檢定多塊 壓力表的要求。1994年，英國T ran smat ion公 司研制成功1292型自動(dòng)壓力檢定儀。這是第一臺(tái) 可全自動(dòng)控制壓力的產(chǎn)生，并可對檢定結(jié)果進(jìn)行 數(shù)據(jù)記錄的便攜式壓力檢定儀!壓力的產(chǎn)生由一 臺(tái)大功率、小型、嵌入式壓縮機(jī)完成，上限壓力可 達(dá)700kPa，造壓誤差為0.05%。這種壓力檢定儀實(shí) 現(xiàn)了利用便攜式檢定儀完成從標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動(dòng)產(chǎn) 生到檢定結(jié)果自動(dòng)記錄的全自動(dòng)檢定，特別適合 對工業(yè)生產(chǎn)中使用的壓力儀表進(jìn)行現(xiàn)場快速檢 定。另一方面，對于在計(jì)量檢定室內(nèi)使用的壓力檢 定系統(tǒng)，主要研究方向是提高檢定準(zhǔn)確度及檢定 效率。同時(shí)還出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助檢定系統(tǒng)，可對檢 定結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)記錄、數(shù)據(jù)處理、給出標(biāo)準(zhǔn)的檢定 報(bào)告，并可對同一壓力表的檢定歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保 存及分析。
目前國內(nèi)的壓力表自動(dòng)檢定狀況還比較落 后，雖已有不少單位進(jìn)行了壓力表檢定自動(dòng)化的 研究工作，但關(guān)鍵技術(shù)仍需引進(jìn)。1990年，中國 計(jì)量科學(xué)研究院熱工處引進(jìn)英國BRSKA公司的 6000型壓力測量控制儀，及DA TRON公司的 1071型數(shù)字多用表，實(shí)現(xiàn)了 0?16kPa范圍內(nèi) 的壓力傳感器標(biāo)定的部分自動(dòng)化。系統(tǒng)利用計(jì)算 機(jī)傳送造壓控制命令，由壓力測量控制儀產(chǎn)生指 定檢定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)依次采集各 傳感器的輸出值，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并 打印。但這套系統(tǒng)仍需人工為壓力測量控制儀提 供合適的工作壓力，并且還需利用兩臺(tái)真空泵抽 空以提供真空零點(diǎn)。1994年，航空工業(yè)總公司 611所為飛機(jī)研制過程中使用的壓力傳感器進(jìn)行 自動(dòng)檢定，由英國DP I510壓力控制儀為核心組 成了壓力傳感器靜態(tài)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)t增壓系統(tǒng)采 用單活塞往復(fù)式，空氣驅(qū)動(dòng)，無油潤滑氣體增加 器。利用計(jì)算機(jī)輸出造壓命令，并對標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行 分析、處理。
