压力表检定的发展概况

本文综述了压力测量仪表检定的发展及国内外现状。同时,对常用的压力检定方法进行了介绍。

1.概述

压力是生产过程和科学实验中进行测量和控制的最基本参数之一。在工程技术中所称的压力与物理学中的压强具有相同的概念。压力测量仪表在宇航、航空、石油、化工等部门的生产和科研中的应用极为广泛。为保证压力测量的准确性，必须对压力测量仪表按一定的要求进行量值传递和定期检定。世界各国均制定了严格的压力量值传递方法和检定规程。以我国为例，根据压力量值传递的需要，将所有的压力仪表分为基准的、标准的和工作用的三大类。一个压力值由国家基准传递到具体的工作仪表需经过许多步骤，并要按规定的仪器和方法进行传递。压力表的检定经历了手动检定及自动检定两个阶段。

2.压力表的手动检定方法

压力的测量始于1654年，而压力仪表的检定也有一百多年的历史。早在1847年，英国的SydneySmith就利用一端加载的闹门标定压力表。但直到20世纪70年代以前一直是压力仪表检定的手动操作阶段。这一阶段的压力仪表检定方法，通常利用检定用的标准器，借助手动加压、减压的方法，产生所要求的标准压力。检定用的标准器应根据不同的压力范围进行选择。通常可将用作标准器的压力仪表分为四大类：液体式、弹簧式、活塞式及电测式。液体式压力计是根据流体静力学原理，利用液柱的高度测量压力。常用的液体式压力计有U形管压力计、单管压力计及倾斜式压力计等。弹簧式压力计是利用各种弹性元件受到压力作用后产生弹性变形的原理来测量压力的。这一类压力仪表种类最多，因使用的弹性敏感元件不同，有弹簧管式、膜片式、膜盒式及波纹管式等多种。活塞式压力计是根据流体静压原理和帕斯卡原理，利用液体将一个准确已知的压力传递给被校准的仪表，压力大小可由活塞有效面积及砝码质量精确求得。活塞式压力计诞生于1860年，自19世纪90年代起，这种压力计便作为压力检定仪得到普遍应用。此后的一个世纪的时间里，随着科技水平及机械加工技术的堤高，活塞式压力计的测量准确度不断堤高，测量范围不断扩大。目前已有准确度等级为0.002级、测量范围达215GPa的活塞式压力计。20世纪80年代初，出现了以气体为传压介质的活塞式压力计，由于其测量准确度高，已逐步取代液柱型压力计，成为中压范围内压力检定标准器。电测式压力计主要指各种压力传感器，主要有应变式、压阻式、电感式、电容式、压电式等多种类型。

3.压力表的自动检定

手动检定方法不仅劳动强度大、工作条件差、检定效率低(检一只压力表至少需30分钟左右)，而且读数易受人为因素影响，准确度不易保证。自20世纪70年代末80年初，世界各国的计量检定工作者纷纷开始压力检定自动化的研究。早期的压力表自动检定装置自动化程度较低，而且其自动化主要体现在标准压力的自动产生上，而对检定结果的记录、处理仍需人工完成。随着计算机技术的应用，压力检定自动化程度逐步堤高，检定准确度、检定速度均得到堤高，操作曰趋简便。同时，由于计算机的引入，使检定数据的自动记录、处理更易于实现。

根据压力检定的工作原理，可将压力表的自动检定方法分为两大类：基于活塞式压力计的自动检定法以及利用压力传感器的自动检定法。

3.1基于活塞式压力计的自动检定法

这种自动造压方法以活塞式压力计为基础，具有造压准确度高、范围大等优点，其自动化通常体现在活塞旋转自动化、自动检测活塞位置以及自动加装砝码。1984年，ThctaPncumatics公司生产的D&H5000系列标准压力源实现了标准压力产生的全自动化1]。它采用线性差动变压器确定活塞的位移量，利用机械手臂装卸大砝码，小砝码的加载由一系列电磁阀控制汽缸的动作来完成。造压范围可达500MPa。英国剑桥大学的R&Shorrock与E.JAtherton于1987年提出了在活塞压力计的基础上，用电机带动螺旋压力机的自动加压方式，并利用位移传感器进行闭环控制以提高系统的控制精度系统中压力的大小仍由砝码质量及活塞的有效面积确定。这种造压方法结构简单，系统的性能价格比较高。

3.2利用压力传感器的自动检定法这是以各种压力传感器为测压元件的自动检定方法，利用压力传感器直接输出电信号的特点，易于组成自动检定系统。由于采用的压力传感器的种类不同，所组成的自动检定系统的工作原理也各不相同。1978年，日本横河电机制作所研制成T/2656型标准压力发生器，实现了标准压力产生的自动化。其压力产生的原理是，利用电机通过螺杆带动阀针移动，改变阀座中气流流出孔的面积，从而调节输出压力的大小。这种压力发生器的误差可<满量程的0.1%，压力产生范围为0?200kPac

英国牛津压力系统公司于1989年推出了GPC-II型智能压力检定装置，内含多块精密压力变送器，用以监控定点压力和测量系统内的压力。变送器置于恒温箱内，以消除温度的影响。压力的控制由两个测量电磁阀完成，电磁阀的动作受计算机控制，定点造压误差0.1%。标准压力产生范围为0?10MPa。英国DRUCK公司研制出DPI510型压力检定仪。这种检定仪可产生误差为0.025%，范围在-0.1?21MPa的标准压力，压力达到设定值的时间只需4秒而无超调现象。采用高准确度的压力敏感元件监测内部产生的压力，压力敏感元件产生的反馈信号输入到微处理器中。由微处理器采用脉宽调制方式控制内部电磁阀的动作。

4.国内外发展现状

进入20世纪90年代，压力表检定的自动化研究主要有两个趋势。一是适于现场检定的便携式压力检定仪，要求体积小、重量轻、操作简单、检定速度快，以适应在工业现场短时间内检定多块压力表的要求。1994年，英国Transmation公司研制成功1292型自动压力检定仪。这是第一台可全自动控制压力的产生，并可对检定结果进行数据记录的便携式压力检定仪!压力的产生由一台大功率、小型、嵌入式压缩机完成，上限压力可达700kPa，造压误差为0.05%。这种压力检定仪实现了利用便携式检定仪完成从标准压力的自动产生到检定结果自动记录的全自动检定，特别适合对工业生产中使用的压力仪表进行现场快速检定。另一方面，对于在计量检定室内使用的压力检定系统，主要研究方向是提高检定准确度及检定效率。同时还出现了计算机辅助检定系统，可对检定结果进行自动记录、数据处理、给出标准的检定报告，并可对同一压力表的检定历史数据进行保存及分析。

目前国内的压力表自动检定状况还比较落后，虽已有不少单位进行了压力表检定自动化的研究工作，但关键技术仍需引进。1990年，中国计量科学研究院热工处引进英国BRSKA公司的6000型压力测量控制仪，及DATRON公司的1071型数字多用表，实现了0?16kPa范围内的压力传感器标定的部分自动化。系统利用计算机传送造压控制命令，由压力测量控制仪产生指定检定点的标准压力，利用转换开关依次采集各传感器的输出值，最后由计算机进行数据处理并打印。但这套系统仍需人工为压力测量控制仪提供合适的工作压力，并且还需利用两台真空泵抽空以提供真空零点。1994年，航空工业总公司611所为飞机研制过程中使用的压力传感器进行自动检定，由英国DPI510压力控制仪为核心组成了压力传感器静态自动标定系统t增压系统采用单活塞往复式，空气驱动，无油润滑气体增加器。利用计算机输出造压命令，并对标定结果进行分析、处理。