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数字化高准确度压力测量技术在计量标准中的应用
2009-3-16
发布人: 西仪
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数字化高准确度压力测量技术在计量标准中的应用 
   西安仪表厂，所生产的系列高精度计量仪表，满足石化＼冶金＼电力＼安装等行业中对压力校准调试运行中的需要．
例如2001年某大型集团公司,为建立二等标准压力计计量标准装置，作为本公司压力计量的最高标准，向下属38个分厂进行压力量值传递。七年多来，随着标准器的频繁使用和科技的不断发展，其存在着较为严重的有形磨损和无形磨损。
    为了改变这种计量技术陈旧落后的状况，公司于2008年间设计出了既能覆盖高、中、低共12个量程，又能满足微小误差准则要求的3套智能压力计量标准装置。并与科技有限公司的工程技术人员一起对这一技术在该公司的应用进行了改进和完善，到2008年初这3套计量标准装置已全部建成。
    这3套智能压力计量标准装置，测量准确度可达万分之五，检定方法简单，工作效率高，能对该公司2000多块精密压力表、8600多块工作压力表进行量值传递，它对保证生产过程压力计量、压力调节、压力监测等量值准确可靠，保证安全生产，稳定和提高产品质量，满足ISO9002标准认证要求发挥了重要作用。它所采用的检定方法是“直接比较法”，即被检表实际值直接由标准表读取，其误差为:△P=Px-PN。由于改变了传统的“称重法”检定方法，从而大为降低了检定人员的劳动强度，并且取消了原二等标准活塞式压力计的送检，节约了送检费用。

检定系统的设计
    为满足标准器允许误差小于被检表允许误差1/3～1/20的微小误差准则要求、被检表量程大于标准表量程2/3的误差要求，我们设计了3套精密压力表检定系统:
    1.测量范围为(-100～250)kPa精密压力表检定系统
    此检定系统的标准器准确度为0.05级，量程段分别为(-100～+100)kPa、0～250kPa。辅助设备有DYQ-03型压力校验台和/或空气过滤减压阀，可用于检定0.25级、0.4级，量程为-100～0kPa、0～60kPa、0～100kPa、0～160kPa、0～250kPa的精密压力表。检定系统如图一所示(可利用DYQ—03真空压力校检台):

    图一

    2.测量范围为0～1600kPa精密压力表检定系统
    此检定系统的标准器准确度为0.05级，量程段分别为0～600kPa、0～1600kPa。可用于检定0.25级、0.4级，量程为0～400kPa、0～600kPa、0～1000kPa、0～1600kPa的精密压力表。检定系统如图二所示:
    3.测量范围为0～6000kPa精密压力表检定系统
    此检定系统的标准器准确度为0.05级，量程段分别为0～2500kPa、0～6000kPa。可用于检定0.25级、0.4级，量程为0～2500kPa、0～4000kPa、0～6000kPa的精密压力表。检定系统如图三所示:

    图二、图三

标准器的技术论证
    1.标准器性能及工作原理
    我们选用的标准器为CWY100系列智能压力表，该智能压力表采用先进的集成压力传感器，配以高精度放大单元及A/D转换器，进行严密的零点及满量程温度误差的补偿，用单片微机实现各种数据处理、分析、计算。通过面板薄膜开关作为控制键盘，实现各种功能设置。结果由液晶显示器显示及打印机记录或RS—232接口输出，测量准确度可达万分之五。其原理框图如图四所示:

    图四

    2.标准器总不确定度的分析(在标准条件下对量程段为0～2500kPa精密压力表检定系统分析)
    标准器测量结果的总不确定度，通常按误差性质和误差来源分为两类，一类是用统计学方法评定的A类不确定度——随机误差Uz，另一类是用非统计学方法评定的B类不确定度——系统误差Us，下面对这两类误差分析如下:
    (1)系统误差Us分析:因为该检定系统采取直接比较法和数字显示，并在恒温条件下工作，故可减少多项附加误差，在此，我们仅考虑标准器本身固有误差，它由标准器制造商和标准器检定证书提供。
    1)由标准器检定证书得到恒定系统误差:
    当示值为1000kPa时，ε=+0.7kPa
    2)由标准器制造商质量说明书得到误差极限:
    B=0.05%F.S=2500×0.05/100=±1.25kPa
    故对未知系统误差的估计值为Us2=(1/3)B2(引自ISO/TAG4/WG3)
    (2)标准器随机误差Uz分析:用CWY型、量程段为0～2500kPa的智能压力表，在相同条件下对准确度为0.25级、量程为0～2500kPa精密压力表1000kPa示值进行等精度测量10次，xi分别为:998.7、999.7、1000.1、998.4、999.8、999.2、999.2、998.7、999.9、999.6，得到:

    UZ=±t.s=±(1.06×0.58)
    =±0.62kPa(P=68.26%)
    (3)标准器总不确定度:采用方和根法对标准器系统误差US和随机误差UZ进行误差合成，其总不确定度为:

    以上误差分析给出标准器的准确度为:
    A=ε±U=(+0.7±0.93)kPa
    或A=±U=±0.93kPa(系统误差ε被修正后)
    3.标准器总不确定度的验证
    依据JJG59-2007《数字压力计》中的“检定法”对标准器的准确度进行验证，应满足|a-a0|<A。
    由机械部国家压力检测中心出示的检定证书得到，当示值a=1000.7kPa时，实际值a0=1000kPa。
a-a0|=0.7kPa<A
    通过以上对标准器的技术论证，证明CWY系列智能压力表完全能够用于对精密压力表的检定。2008年初，我们建立的3套智能压力计量标准装置通过了技术监督部门的考核，智能压力表已获得“计量标准证书”。
    用数字化高准确度智能压力表取代二等标准活塞式压力计，是对传统压力计量标准一次革命性的尝试。由于该3套压力计量标准装置覆盖了该公司对高、中、低压精密压力表检定要求，并且可利用智能压力表的RS—232接口与计算机设备通讯，实现检定数据自动处理和打印输出，因此适用性强。