現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表的可行性分析
壓力表在公司科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)的設(shè)備上隨處可見，壓力表的周期檢定校準(zhǔn)工作也越發(fā)頻繁，當(dāng)今 隨著現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量服務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表也將成為計(jì)量服務(wù)工作的趨勢(shì)。但是，通常壓力表在檢定工作中是在 特定環(huán)境條件下進(jìn)行的，然而現(xiàn)場(chǎng)壓力表使用是在復(fù)雜環(huán)境條件下進(jìn)行的，本文就現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表的可行性進(jìn)行 了論述分析。
0.引言
彈性元件式壓力表在公司科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)設(shè)備 上隨處可見，每一塊壓力表都承擔(dān)著壓力參數(shù)實(shí)時(shí)檢 測(cè)的作用。就壓力表的檢定工作而言，一般都是在實(shí) 驗(yàn)室的特定條件下完成的。本文就現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表是 否可行進(jìn)行了論述分析，分析哪些因素是影響現(xiàn)場(chǎng)檢 定壓力表的重要因素。
1.現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表的影響因素
圖1所示實(shí)驗(yàn)室條件下的壓力表檢定所需設(shè)備。 公司科研生產(chǎn)中較多使用0.4級(jí)精密壓力表、1.6級(jí)和 2. 5級(jí)一般壓力表。
實(shí)驗(yàn)室檢定條件要求：
JJG 49 -2013《彈性元件式精密壓力表和真空表檢 定規(guī)程》中規(guī)定，精密壓力表檢定中環(huán)境溫度要求（20 ±3)^；
作者簡介：張雨辰（1989 -)，男，中級(jí)工，從事壓力表的現(xiàn)場(chǎng) 檢定工作。
JJG 52 -2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空 表和真空表檢定規(guī)程》中規(guī)定，一般壓力表的檢定中環(huán) 境溫度要求(20±5)T;
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1227 - 2010《精密壓力表》中精密 壓力表的使用溫度范圍是5 ~40 °C ；
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1226 -2010《一般壓力表》中一般 壓力表的使用溫度范圍是-40 ~70 T。
由此可見，現(xiàn)場(chǎng)使用溫度如此大的溫差必然影響 彈性模量的變化導(dǎo)致壓力表示值誤差，可見環(huán)境因素 中溫度對(duì)壓力表的示值是有影響的，那么計(jì)算溫度差 對(duì)壓力表示值影響量是非常重要的。
在實(shí)驗(yàn)室開展壓力表檢定工作時(shí)，是嚴(yán)格按照檢 定規(guī)程對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行控制的。如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度偏 離檢定溫度，會(huì)給壓力表引人一個(gè)誤差分量，國家標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 1226 - 2010《一般壓力表》與 GB/T 1227 -2010 《精密壓力表》中計(jì)算偏離檢定溫度后的示值誤差的公 式為
厶=± (5 + /cAt) (1)
式中：4為超過檢定溫度后的示值誤差；S為壓力表在 檢定溫度下示值誤差的最大允許誤差的絕對(duì)值，％; At 為國家規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度與檢定溫度極限點(diǎn)差值的 絕對(duì)值；A為壓力表受環(huán)境溫度影響系數(shù)，1/T。一般 銅的影響系數(shù)為0. 04%/T (西儀壓力表），鋼的影響 系數(shù)為0. 02%/尤。
同樣，實(shí)驗(yàn)室中也規(guī)定了 0.05級(jí)二等活塞壓力計(jì) 的使用溫度范圍為(20 ±3)1，如果使用二等活塞壓力 計(jì)在偏離檢定溫度下工作時(shí)，溫度變化會(huì)影響活塞膨 脹系數(shù)、活塞筒膨脹系數(shù)、活塞有效面積，需要對(duì)本 實(shí)驗(yàn)室所用壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溫度影響修正，P=F/A, 只要計(jì)算溫度對(duì)活塞的有效面積的改變量即可算出壓力的影響量。計(jì)算公式為
M=A0(a + b)(t-20) (2)
式中：A0=Tra20bw(A0, a20, 62D分別為20"^時(shí)的活塞 有效面積、活塞筒和活塞半徑）；《為活塞材料線膨脹 系數(shù)；6為活塞筒材料線膨脹系數(shù)；《為超出二等活塞 壓力計(jì)(20 ±3)$使用范圍的當(dāng)前溫度值。
20T時(shí)，活塞有效面積4。在上級(jí)部門對(duì)活塞壓力 計(jì)的檢定證書中已給出，活塞材料線膨脹系數(shù)a、活塞 筒材料線膨脹系數(shù)6也已由廠家提供。那么溫度是其 主要變量，通過計(jì)算可以修正偏離溫度對(duì)二等活塞壓 力計(jì)的影響，通過此修正量可以正常進(jìn)行被測(cè)壓力表 的檢定工作。同時(shí)，可將二等活塞壓力計(jì)送往現(xiàn)場(chǎng)開 展現(xiàn)場(chǎng)檢定工作，避免了壓力表重復(fù)運(yùn)輸和在運(yùn)檢過 程中因振動(dòng)等外界因素的影響而受到不必要損壞。除 了修正現(xiàn)場(chǎng)溫度的主要影響量，如果有必要，還需修 正現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)?shù)刂亓铀俣群涂諝飧×?duì)標(biāo)準(zhǔn)的影響，以 保證被測(cè)壓力表的示值準(zhǔn)確。
除了環(huán)境中溫度外，國家檢定規(guī)程JJG 49 -2013 《彈性元件式精密壓力表和真空表》中規(guī)定，選用液體 為工作介質(zhì)的壓力標(biāo)準(zhǔn)器檢定精密壓力表時(shí)，應(yīng)使精 密壓力表指針軸與壓力標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)壓點(diǎn)（活塞式壓力計(jì)活 塞的下端面)處在同一水平面上，當(dāng)液柱髙度差產(chǎn)生的 壓力值超過被檢表最大允許誤差絕對(duì)值的1/10時(shí)，應(yīng) 對(duì)由此產(chǎn)生的誤差Ap按公式進(jìn)行修正
Ap =pgh (3)
式中：p為工作介質(zhì)密度，kg/m3,變壓器油在20弋時(shí) 密度為0. 86 x 103 kg/m3 ； g為檢定地點(diǎn)重力加速度；h 為精密壓力表指針軸與壓力標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)壓點(diǎn)（活塞式壓力 計(jì)活塞的下端面）高度差，m。
2.現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表的示值修正
前面已分析出在現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表時(shí)主要影響其示 值因素的有環(huán)境溫度和高度差。那么影響量的多少可 以通過誤差計(jì)算公式得出，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢定過程中需要 進(jìn)行壓力示值修正，以0.4級(jí)的精密壓力表為例，如 果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件符合實(shí)驗(yàn)室條件要求則無需進(jìn)行示值 修正，如果超出實(shí)驗(yàn)室規(guī)定條件則需要進(jìn)行壓力修正。
假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)檢定溫度條件為10 t時(shí)，通過溫度誤差 的計(jì)算公式，可以計(jì)算出偏離實(shí)驗(yàn)室檢定溫度下的精 密壓力中以型號(hào)Y -150量程等級(jí)0. 4級(jí)的精密壓力表 為例
t2 =跳，
A = ± (5 + kA.t)
=±(0.4% +0.04%/$ x I lOt -17T： I )
=±0.68%
如果該表在實(shí)驗(yàn)室下檢定是符合0.4級(jí)的，那么 對(duì)于使用者而言該壓力表示值為零誤差，即多少刻度 就是多少壓力值，那么修正溫度所產(chǎn)生的示值誤差， 只需要基于0.4級(jí)修正即可，就是說只要將該表修正 到符合0.4級(jí)。
對(duì)于在10T下0. 4級(jí)精密壓力表的理論變化誤差 為0. 68% (極限變化誤差，實(shí)際溫度誤差變化不會(huì)超過 0.68%，變化量接近0.28%)，那么實(shí)際使用只需要修 正該表準(zhǔn)確度的0. 28%即可，對(duì)于該表而言示值需要 修正 Ap, =1.6 MPa x 0.28% = 0.00448 MPa = 0. 005 MPa0
除了對(duì)壓力表本身進(jìn)行修正，同時(shí)需要對(duì)活塞壓 力計(jì)0. 1 ~6 MPa進(jìn)行壓力修正；活塞有效面積A。上級(jí) 證書給出20T時(shí)4。為0. 20019 cm2 ；活塞材料線膨脹 系數(shù)和活塞筒材料線膨脹系數(shù)（a+ 6)為15 xl0_6/t; 通過公式可以得出
A/4 = A0(a + b) (t -20)
= 0.20019 cm2 xl5 xlO'Vt： x(10-20) X.
=-3 x 10 ~5 cm2 變化后的有效活塞面積4為0. 20016 cm2。
通過可以出每個(gè)壓力點(diǎn)的改變量。假設(shè)進(jìn) 行1.2 MPa壓力點(diǎn)的檢定，其中砝碼質(zhì)量m由上級(jí)檢 定部門證書給出2. 2. 449068 kg；此時(shí)由于溫度引 起有效面積的改變從而引起壓力示值的改變量為 P = F/A0 = mg/A0
=2. 449068 kg x9. 7944 m/s2 +0. 20019 cm2 = 1198219. 27 Pa =1. 1982 MPa p, = F/A - mg/A0
_2. 449068 kg x9. 7944m/s2 ~ 0. 20016 cm2
= 1198398. 86 Pa =1. 1984 MPa Ap2 = px -p =0. 0002 MPa
上面已經(jīng)計(jì)算出了溫度對(duì)壓力表和活塞壓力計(jì)的 溫度影響量，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢定過程中必然出現(xiàn)壓力表 超出精密壓力表指針軸與壓力標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)壓點(diǎn)的規(guī)定高 度，一般41車間實(shí)驗(yàn)臺(tái)上精密壓力表指針軸與壓力標(biāo) 準(zhǔn)器測(cè)壓點(diǎn)高度差大約為0. 55 m,通過公式計(jì)算可得：
知 3 =Pih
=0. 55 m x9. 7944 m/s2 xO. 86 x 103 kg/m3 =4632.7512 Pa = 0.0046 MPa
綜上所述，在現(xiàn)場(chǎng)檢定溫度條件為10T時(shí)，高度 差為0. 55 m檢定壓力表時(shí)，若想獲得真實(shí)示值應(yīng)修正 溫度誤差和高度誤差，那么在1.2 MPa點(diǎn)的實(shí)際示 值為
實(shí)際示值=壓力表檢測(cè)示值+ Api + Ap2 + Ap3 =壓力表檢測(cè)示值+0. 0093MPa 實(shí)際誤差產(chǎn)生了 0. 0093 MPa的偏差。
同理可以計(jì)算復(fù)雜環(huán)境條件下的溫度誤差影響量 和高度差影響量，最大限度的保證現(xiàn)場(chǎng)檢定壓力表的 量值傳遞準(zhǔn)確可靠。
3.總結(jié)
如果要現(xiàn)場(chǎng)開展壓力表檢定工作，需分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 因素帶來的示值偏差。上文已分析環(huán)境溫度和高度差帶 來的示值誤差，那么在實(shí)際檢定工作中，要么按照檢定 規(guī)程嚴(yán)格執(zhí)行；如果現(xiàn)場(chǎng)溫度難以控制，必須進(jìn)行示值 誤差的修正。所以在計(jì)算出主要影響因素帶來的壓力偏 差量，就可以進(jìn)行壓力表的現(xiàn)場(chǎng)檢定校準(zhǔn)工作。
