檢定數(shù)字壓力計(jì)影響測(cè)量結(jié)果因素的探討

?！≥妗∴嚒≡?/p>

(1. 云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，昆明 650228；2. 云南省德宏州質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測(cè)中心，德宏 678400)

0　引言

數(shù)字壓力計(jì)是以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量結(jié)果的顯示。它與傳統(tǒng)的壓力儀器相比，實(shí)現(xiàn)了壓力測(cè)量的連續(xù)性和直觀性，具有速度快、靈敏度高、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家已經(jīng)研制生產(chǎn)出一些高準(zhǔn)確度、多功能、多參數(shù)(可測(cè)量直流電壓、直流電流)的數(shù)字壓力計(jì)，代替了早期只能將壓力測(cè)量結(jié)果用數(shù)字顯示出來(lái)的數(shù)字壓力計(jì)，從而使數(shù)字壓力計(jì)更加具有實(shí)用性，數(shù)字壓力計(jì)在最佳測(cè)量能力上優(yōu)于其他壓力測(cè)量?jī)x器，數(shù)字壓力計(jì)的檢定數(shù)量逐年增加。但是對(duì)數(shù)字壓力計(jì)檢定和使用中所復(fù)現(xiàn)壓力值的不確定度受到空氣密度、測(cè)量地重力加速度、環(huán)境溫度、工作介質(zhì)高度差、安裝傾斜程度等因素的影響不容忽視。本文針對(duì)以上引起誤差的因素進(jìn)行分析，提出了較為合理的修正方法。

1　空氣密度對(duì)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響

空氣密度是最基本的物理量之一,與溫度、海拔高度、濕度等物理量有關(guān)。通常采用的空氣密度是指在0℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣密度為1.293kg/m3。由于全國(guó)各地海拔高度和空氣密度不同,使數(shù)字壓力計(jì)在測(cè)量中引起的誤差相差較大。另外，通常情況下，空氣密度隨大氣壓力的變化而變化。一般情況下，冬季的大氣壓力要比夏季的大氣壓力高些，陰天時(shí)的大氣壓力要比晴天時(shí)高些。所以，大氣壓力隨一年四季氣候的更迭及天氣陰晴變化而變化，空氣密度也隨之變化，不能統(tǒng)一采用在0℃、絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的空氣密度1.293kg/m3，可根據(jù)式(1)計(jì)算出測(cè)量環(huán)境條件下的空氣密度。例如，在室溫(20±2)℃、相對(duì)濕度為57%、大氣壓為80.5～80.9kPa的環(huán)境條件下，空氣密度為0.95～0.96kg/m3，與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度相差25.8%。

ρa(bǔ)=1.1851×10-2po

( 1 )

式中：ρa(bǔ)為使用環(huán)境下的空氣密度(kg/m3)；po為測(cè)量地的大氣壓力 (kPa)。

用活塞式壓力計(jì)檢定數(shù)字壓力計(jì)時(shí)，由空氣柱帶來(lái)的誤差為：

Δp=ρa(bǔ)gΔh

(2)

式中：Δp為被測(cè)壓力值誤差(Pa)；g為測(cè)量地的重力加速度，(m/s2)；Δh為測(cè)壓點(diǎn)之間的高度差(m)。

根據(jù)式(2)計(jì)算結(jié)果，必須在活塞式壓力計(jì)的承重盤(pán)上加上相應(yīng)Δp壓力值的小砝碼進(jìn)行空氣密度帶來(lái)的誤差修正。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，測(cè)壓點(diǎn)之間高度差一定時(shí)，空氣密度越大，空氣柱帶來(lái)的誤差越大；被測(cè)數(shù)字壓力計(jì)的測(cè)量上限越小，空氣柱對(duì)測(cè)量結(jié)果影響越大。

2　傳壓流體(氣體或液體)高度差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

標(biāo)準(zhǔn)器活塞式壓力計(jì)對(duì)數(shù)字壓力計(jì)檢定時(shí)的工作介質(zhì)無(wú)論是氣體還是液體，氣柱或液柱高度差在重力作用下引起的測(cè)量誤差都不容忽視，必須進(jìn)行誤差修正。對(duì)以液體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計(jì)，目前主要有癸二酸脂、變壓器油、變壓器油與煤油混合為介質(zhì)，由于不同的被測(cè)數(shù)字壓力計(jì)其測(cè)壓點(diǎn)不同，液柱高度差對(duì)壓力的測(cè)量影響主要表現(xiàn)在測(cè)壓環(huán)境下、測(cè)壓點(diǎn)之間(實(shí)際測(cè)壓點(diǎn)和要求的測(cè)壓點(diǎn))液柱高度差產(chǎn)生的壓力，其大小為：

Δp=ρ1gΔh

(3)

式中：Δp為液柱高度差產(chǎn)生的壓力(Pa)；ρ1為傳壓介質(zhì)的密度(kg/m3)；g為測(cè)量地的重力加速度(m/s2)；Δh為活塞式壓力計(jì)與數(shù)字壓力計(jì)測(cè)壓點(diǎn)之間的高度差(m)。

在測(cè)量中，當(dāng)液體為傳壓介質(zhì)時(shí), 液柱高度差對(duì)壓力的測(cè)量影響很大，產(chǎn)生的誤差為系統(tǒng)誤差，可以進(jìn)行修正；傳壓介質(zhì)為氣體時(shí)，氣體密度較小，該項(xiàng)誤差也較小。

3　環(huán)境溫度和濕度對(duì)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響

由于空氣密度受海拔高度、測(cè)量環(huán)境溫度和濕度變化的影響，密度高度是經(jīng)非標(biāo)準(zhǔn)溫度修正后的壓力高度，導(dǎo)致稀薄空氣的高密度高度的條件是高海拔高度、低大氣壓力、高溫，檢定數(shù)字壓力計(jì)時(shí)所處環(huán)境條件的變化而引起測(cè)量誤差。它主要是數(shù)字壓力計(jì)制造材料的彈性元件隨環(huán)境條件變化所引起的誤差，因此制造材料應(yīng)盡可能選取溫度系數(shù)小的材料；另外工作介質(zhì)的密度也會(huì)隨溫度變化而變化，比如純水的溫度從10℃上升到20℃時(shí)，其密度從999.7kg/m2減小到998.2kg/m2，相對(duì)變化量為0.15%。

4　重力加速度對(duì)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響

由式(2)可知，重力加速度g也是影響數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的原因之一,因此，當(dāng)對(duì)數(shù)字壓力計(jì)壓力和差壓要求較高時(shí),需要準(zhǔn)確地帶入測(cè)量地的重力加速度值，才能使數(shù)字壓力計(jì)得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

5　測(cè)量時(shí)的安裝位置對(duì)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響

當(dāng)數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量的安裝位置不垂直時(shí)將會(huì)產(chǎn)生安裝誤差。比如數(shù)字壓力計(jì)安裝傾斜大約5°時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，數(shù)字壓力計(jì)可產(chǎn)生大約0.38%的誤差，導(dǎo)致實(shí)際值和讀數(shù)值產(chǎn)生一定的偏差。

6　結(jié)束語(yǔ)

使用活塞式壓力計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量數(shù)字壓力計(jì)時(shí)，無(wú)論傳壓介質(zhì)是液體還是氣體，都存在空氣密度、測(cè)量地重力加速度、環(huán)境溫度、傳壓介質(zhì)高度差、安裝傾斜程度等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，必須引起高度重視，應(yīng)該根據(jù)不同的情況進(jìn)行必要的誤差計(jì)算和修正。

[1]JJG 59—2007活塞式壓力計(jì).北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007

[2]JJG 875—2005數(shù)字壓力計(jì).北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006

[3]王肖磊，等. 精密空氣密度測(cè)量裝置的研制. 計(jì)量技術(shù)，2010(10)

[4]王金庫(kù)，等. 補(bǔ)償式標(biāo)準(zhǔn)微壓計(jì)使用中的高度差修正分析. 計(jì)量技術(shù)，2009(1)

[5]張國(guó)春. 數(shù)字壓力計(jì)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題. 計(jì)測(cè)技術(shù)，2012(1)