壓力表檢定的發(fā)展概況

1.概述

壓力是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗中進(jìn)行測量和控制的基本參數之一。在工程技術(shù)中所稱(chēng)的壓力與物理學(xué)中的壓強具有相同的概念。壓力測量?jì)x表在宇航、航空、石油、化工等部門(mén)的生產(chǎn)和科研中的應用極為廣泛。為保證壓力測量的準確性，必須對壓力測量?jì)x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格的壓力量值傳遞方法和檢定規程。以我國為例，根據壓力量值傳遞的需要，將所有的壓力儀表分為基準的、標準的和工作用的三大類(lèi)。一個(gè)壓力值由國家基準傳遞到具體的工作儀表需經(jīng)過(guò)許多步驟，并要按規定的儀器和方法進(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SydneySmith就利用一端加載的鬧門(mén)標定壓力表。但直到20世紀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準器，借助手動(dòng)加壓、減壓的方法，產(chǎn)生所要求的標準壓力。檢定用的標準器應根據不同的壓力范圍進(jìn)行選擇。通?？蓪⒂米鳂藴势鞯膲毫x表分為四大類(lèi)：液體式、彈簧式、活塞式及電測式。液體式壓力計是根據流體靜力學(xué)原理，利用液柱的高度測量壓力。常用的液體式壓力計有U形管壓力計、單管壓力計及傾斜式壓力計等。彈簧式壓力計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(lái)測量壓力的。這一類(lèi)壓力儀表種類(lèi)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?；钊綁毫τ嬍歉鶕黧w靜壓原理和帕斯卡原理，利用液體將一個(gè)準確已知的壓力傳遞給被校準的儀表，壓力大小可由活塞有效面積及砝碼質(zhì)量求得?；钊綁毫τ嬚Q生于1860年，自19世紀90年代起，這種壓力計便作為壓力檢定儀得到普遍應用。此后的一個(gè)世紀的時(shí)間里，隨著(zhù)科技水平及機械加工技術(shù)的堤高，活塞式壓力計的測量準確度不斷堤高，測量范圍不斷擴大。目前已有準確度等級為0.002級、測量范圍達215GPa的活塞式壓力計。20世紀80年代初，出現了以氣體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計，由于其測量準確度高，已逐步取代液柱型壓力計，成為中壓范圍內壓力檢定標準器。電測式壓力計主要指各種壓力傳感器，主要有應變式、壓阻式、電感式、電容式、壓電式等多種類(lèi)型。

3.壓力表的自動(dòng)檢定

手動(dòng)檢定方法不僅勞動(dòng)強度大、工作條件差、檢定效率低(檢一只壓力表至少需30分鐘左右)，而且讀數易受人為因素影響，準確度不易保證。自20世紀70年代末80年初，世界各國的計量檢定工作者紛紛開(kāi)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)化主要體現在標準壓力的自動(dòng)產(chǎn)生上，而對檢定結果的記錄、處理仍需人工完成。隨著(zhù)計算機技術(shù)的應用，壓力檢定自動(dòng)化程度逐步堤高，檢定準確度、檢定速度均得到堤高，操作曰趨簡(jiǎn)便。同時(shí)，由于計算機的引入，使檢定數據的自動(dòng)記錄、處理更易于實(shí)現。

根據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(lèi)：基于活塞式壓力計的自動(dòng)檢定法以及利用壓力傳感器的自動(dòng)檢定法。

3.1基于活塞式壓力計的自動(dòng)檢定法

這種自動(dòng)造壓方法以活塞式壓力計為基礎，具有造壓準確度高、范圍大等優(yōu)點(diǎn)，其自動(dòng)化通常體現在活塞旋轉自動(dòng)化、自動(dòng)檢測活塞位置以及自動(dòng)加裝砝碼。1984年，ThctaPncumatics公司生產(chǎn)的D&H5000系列標準壓力源實(shí)現了標準壓力產(chǎn)生的全自動(dòng)化1]。它采用線(xiàn)性差動(dòng)變壓器確定活塞的位移量，利用機械手臂裝卸大砝碼，小砝碼的加載由一系列電磁閥控制汽缸的動(dòng)作來(lái)完成。造壓范圍可達500MPa。英國劍橋大學(xué)的R&Shorrock與E.JAtherton于1987年提出了在活塞壓力計的基礎上，用電機帶動(dòng)螺旋壓力機的自動(dòng)加壓方式，并利用位移傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制以提高系統的控制精度系統中壓力的大小仍由砝碼質(zhì)量及活塞的有效面積確定。這種造壓方法結構簡(jiǎn)單，系統的性能價(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。由于采用的壓力傳感器的種類(lèi)不同，所組成的自動(dòng)檢定系統的工作原理也各不相同。1978年，日本橫河電機制作所研制成T/2656型標準壓力發(fā)生器，實(shí)現了標準壓力產(chǎn)生的自動(dòng)化。其壓力產(chǎn)生的原理是，利用電機通過(guò)螺桿帶動(dòng)閥針移動(dòng)，改變閥座中氣流流出孔的面積，從而調節輸出壓力的大小。這種壓力發(fā)生器的誤差可<滿(mǎn)量程的0.1%，壓力產(chǎn)生范圍為0?200kPac

英國牛津壓力系統公司于1989年推出了GPC-II型智能壓力檢定裝置，內含多塊精密壓力變送器，用以監控定點(diǎn)壓力和測量系統內的壓力。變送器置于恒溫箱內，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)作受計算機控制，定點(diǎn)造壓*.1%。標準壓力產(chǎn)生范圍為0?10MPa。英國DRUCK公司研制出DPI510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的標準壓力，壓力達到設定值的時(shí)間只需4秒而無(wú)超調現象。采用高準確度的壓力敏感元件監測內部產(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制方式控制內部電磁閥的動(dòng)作。

4.國內外發(fā)展現狀

進(jìn)入20世紀90年代，壓力表檢定的自動(dòng)化研究主要有兩個(gè)趨勢。一是適于現場(chǎng)檢定的便攜式壓力檢定儀，要求體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、檢定速度快，以適應在工業(yè)現場(chǎng)短時(shí)間內檢定多塊壓力表的要求。1994年，英國Transmation公司研制成功1292型自動(dòng)壓力檢定儀。這是臺可全自動(dòng)控制壓力的產(chǎn)生，并可對檢定結果進(jìn)行數據記錄的便攜式壓力檢定儀!壓力的產(chǎn)生由一臺大功率、小型、嵌入式壓縮機完成，上限壓力可達700kPa，造壓誤差為0.05%。這種壓力檢定儀實(shí)現了利用便攜式檢定儀完成從標準壓力的自動(dòng)產(chǎn)生到檢定結果自動(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)行現場(chǎng)快速檢定。另一方面，對于在計量檢定室內使用的壓力檢定系統，主要研究方向是提高檢定準確度及檢定效率。同時(shí)還出現了計算機輔助檢定系統，可對檢定結果進(jìn)行自動(dòng)記錄、數據處理、給出標準的檢定報告，并可對同一壓力表的檢定歷史數據進(jìn)行保存及分析。

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