試論檢定數(shù)字壓力計(jì)影響測(cè)量結(jié)果因素

李通

（山西省計(jì)量科學(xué)研究院，山西太原030006）

試論檢定數(shù)字壓力計(jì)影響測(cè)量結(jié)果因素

李通

（山西省計(jì)量科學(xué)研究院，山西太原030006）

數(shù)字壓力計(jì)屬于檢測(cè)裝置，可感受被測(cè)量信息，同時(shí)可把測(cè)得信息按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他形式輸出，實(shí)現(xiàn)信息傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄等功能。主要針對(duì)這些影響結(jié)果的因素，提出相應(yīng)的處理方法。

數(shù)字壓力計(jì)；測(cè)量結(jié)果；影響因素

引言

數(shù)字壓力計(jì)就是通過(guò)具體數(shù)字方式將壓力測(cè)量數(shù)據(jù)予以顯示。相對(duì)傳統(tǒng)壓力測(cè)試儀而言，其測(cè)量更為直觀、連續(xù)，且有著準(zhǔn)確、迅速、靈敏等特點(diǎn)［1］。近幾年來(lái)，伴隨現(xiàn)代科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展以及實(shí)際生產(chǎn)生活的需求，已研發(fā)出了功能、參數(shù)多樣，精確度高的數(shù)字壓力計(jì)，取代了以往只可把壓力最終測(cè)量結(jié)果以數(shù)字方式顯示的新型數(shù)字式壓力計(jì)，大幅提升了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性［2］。但在應(yīng)用中會(huì)受到空氣密度、傳壓流體高度差、壓力分辨率、環(huán)境溫、濕度及多次測(cè)量等因素的影響。

1 空氣密度的影響

空氣密度是最為重要，也是最為基本的一個(gè)物理量，和溫度、濕度、海拔等有著密切關(guān)系。一般所說(shuō)的空氣密度是1.293 kg/m3，也就是環(huán)境溫度為0℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的一個(gè)密度［3］。因我國(guó)不同地區(qū)的海拔、空氣密度差異，使得數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)量誤差有明顯差距。此外，在正常情況下，空氣密度會(huì)伴隨大氣壓的變化發(fā)生改變。一般情況下，秋冬大氣壓相對(duì)高于春夏兩季，陰雨天要高于晴天。因此，大氣壓會(huì)伴隨氣候和天氣的變化而改變，同樣的空氣密度也會(huì)隨之而改變，在測(cè)量時(shí)不應(yīng)采用1.293 kg/m3這一密度?？赏ㄟ^(guò)一定公式計(jì)算出所有測(cè)量的環(huán)境空氣密度，如下：

其中：ρa(bǔ)表示所用環(huán)境的空氣密度；P0表示測(cè)量區(qū)域大氣壓。

比如：在室溫為20.5℃，相對(duì)濕度為58%，大氣壓80.5～80.8 kPa環(huán)境下，空氣密度為0.95kg/m3，和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下空氣密度有25.7%的差距。

另外，應(yīng)用活塞壓力計(jì)對(duì)數(shù)字壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，因空氣柱引起的誤差計(jì)算為：

其中：△p表示被測(cè)壓力值誤差；g表示測(cè)量地區(qū)重力加速度；△h表示測(cè)壓點(diǎn)間高度差。

按照此式算出結(jié)果，應(yīng)在活塞壓力計(jì)承重托盤上添加一個(gè)和△p壓力值相同的砝碼，以便修正空氣密度引起的誤差?；诖藢?shí)驗(yàn)，在確定測(cè)壓點(diǎn)間高度差時(shí)，空氣密度和空氣柱引起的誤差值成正比；壓力計(jì)測(cè)量上限和空氣柱影響最終測(cè)量結(jié)果成反比。

2 傳壓流體高度差的影響

在應(yīng)用活塞式壓力計(jì)測(cè)定數(shù)字壓力計(jì)過(guò)程中，相關(guān)介質(zhì)不論是氣體、液體、氣柱還是液柱高度差基于重力影響出現(xiàn)的測(cè)量誤差都是必須考慮到的，需對(duì)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行有效修正。

當(dāng)前，應(yīng)用液體為介質(zhì)活塞式壓力計(jì)，主要有變壓器油、葵二酸酯等，因被測(cè)定的數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)壓點(diǎn)是有所差異的，液柱高度差通常對(duì)壓力測(cè)量結(jié)果影響主要是測(cè)壓點(diǎn)、所在環(huán)境間液柱高度差形成的壓力：

其中：△p表示液柱差形成的壓力；ρ1表示傳壓介質(zhì)密度；g為所測(cè)地區(qū)重力加速度；△h表示兩種壓力計(jì)測(cè)壓點(diǎn)高度差。

在實(shí)際測(cè)量中，如果應(yīng)用液體充當(dāng)傳壓介質(zhì)，那么液柱高度差會(huì)顯著影響測(cè)量結(jié)果，引起的誤差屬于系統(tǒng)性的，可進(jìn)行修正。如果以氣體作為傳壓介質(zhì)，那么密度和誤差成正比。

3 壓力計(jì)分辨率的影響

這里的分辨率，就是數(shù)字壓力計(jì)所能顯示數(shù)字值最末一個(gè)值，在被測(cè)變化值低于分辨率時(shí)，最末數(shù)字是不需變化的，仍顯示原值，能讀出最小單位［4］。因數(shù)字壓力計(jì)輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，也就是接近零點(diǎn)分辨率。有些在此點(diǎn)下顯著非線性，這就會(huì)造成測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。因分辨率帶來(lái)的影響，數(shù)字壓力計(jì)b造成顯示值誤差區(qū)間的半寬度，顯示值最末一個(gè)變化量就是0.000 1 MPa，應(yīng)遵循均勻分布中所涵蓋的因子k，因此需通過(guò)B類法進(jìn)行測(cè)定。

4 環(huán)境溫、濕度影響

空氣密度會(huì)受到海拔、所測(cè)環(huán)境的溫、濕度影響，密度高度通常是經(jīng)過(guò)非標(biāo)準(zhǔn)溫度修正之后的壓力高度，造成稀薄空氣的高密度高度條件就是高海拔、低大氣壓力、高氣溫，測(cè)定數(shù)字壓力計(jì)時(shí)所在環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的誤差［5］。數(shù)字壓力計(jì)的制作材料中，彈性元件會(huì)伴隨環(huán)境變化而導(dǎo)致誤差，所以制作材料應(yīng)選用溫度影響性小的材料；此外，傳壓介質(zhì)密度同樣會(huì)伴隨溫度變化而發(fā)生改變，譬如：純水溫度自15℃升至25℃時(shí)，它的密度會(huì)從最初的999.7kg/m2下降到998.2 kg/m2，下降了0.15%，這對(duì)于數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)量結(jié)果是有明顯影響的。

當(dāng)前，大部分生產(chǎn)廠家已對(duì)環(huán)境溫、濕度對(duì)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響予以相應(yīng)的補(bǔ)償修正，便于在特定測(cè)量環(huán)境下溫、濕度影響降至最低。一般情況下，數(shù)字壓力計(jì)均對(duì)應(yīng)一定的應(yīng)用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)下，數(shù)字壓力計(jì)受到溫濕度影響引起的誤差是最小的；而對(duì)于超出該標(biāo)準(zhǔn)的溫、濕度影響引起的測(cè)量誤差，生產(chǎn)廠家需要提供具體指標(biāo)。

5 多次測(cè)量重復(fù)性的影響

所謂多次重復(fù)測(cè)量就是在測(cè)量條件一致的狀況下，對(duì)相同的被測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行多次連續(xù)性測(cè)量所得結(jié)果的一致性。也就是說(shuō)在最大限度一致的程序、操作人員、儀器設(shè)備、環(huán)境等條件下，對(duì)相同測(cè)量目標(biāo)多次測(cè)量得到的結(jié)果分散性，及最大限度縮短間隔內(nèi)達(dá)成重復(fù)測(cè)量的任務(wù)。數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量誤差主要來(lái)自顯示值測(cè)量重復(fù)性，為明確重復(fù)性測(cè)量引起的誤差，可采取連續(xù)測(cè)量獲取到測(cè)量列，應(yīng)用A類法評(píng)定，對(duì)觀測(cè)列開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用0.02級(jí)的活塞式壓力計(jì)對(duì)0.05級(jí)數(shù)字壓力計(jì)0～2 MPa予以測(cè)定。

數(shù)字壓力計(jì)在進(jìn)行壓力測(cè)量過(guò)程中，會(huì)受到諸多因素的影響，包括空氣密度、傳壓流體高度差、分辨率、環(huán)境溫、濕度等，因此需要采取有效的修正措施，確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、客觀、有效。

［1］馬平原，遲琨.數(shù)字壓力計(jì)檢定壓力表時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定［J］.中國(guó)計(jì)量，2016（2）:114-115.

［2］孫艷國(guó).淺談數(shù)字壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置期間核查［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2014，30（7）:28-29.

［3］梁華.數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定［J］.商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察，2013（9）：262-263.

［4］杜玫玫.數(shù)字壓力計(jì)示值誤差的不確定度評(píng)定［J］.中國(guó)計(jì)量，2011（8）:76-77.

［5］王金明.數(shù)字壓力計(jì)示值誤差測(cè)量值的不確定度評(píng)定［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2014，41（4）:70-71.

（編輯：賈娟）

Measurements of Factors Affect Test Digital Pressure Gauge

Li Tong
（Shanxi Institute of Metrology，Taiyuan Shanxi030006）

Digital pressure gauge belongs to the detection device can feel the measurement information is，while the measured information according to certain rules to convert electrical or other forms of output，to achieve information transmission，processing，storage，display，recording and other functions.This article focused on these factors affect the results，the corresponding treatment.

digital pressure gauge；measurement result；factors

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.29

TH765.321

A

2095-0748（2016）14-0063-02

2016-06-11

李通（1989—），男，山西太原人，本科，助理工程師，計(jì)量員，研究方向：壓力計(jì)量。