便攜式空盒氣壓表校準裝置

陳鑫 楊冬磊 陳庭容 楊京兆 / 上海市計量測試技術研究院

便攜式空盒氣壓表校準裝置

陳鑫 楊冬磊 陳庭容 楊京兆 / 上海市計量測試技術研究院

采用內置的高準確度壓力模塊和人性化的控制系統作為主機核心部件，設計了一種集氣壓源、電源、控制系統、顯示系統和外接系統為一體的便攜式空盒氣壓表校準裝置，并研制了具有透明窗的密封檢定箱，滿足了空盒氣壓表現場校準的需要。與有資質的實驗室間的比對試驗結果驗證了校準結果的準確度。

空盒氣壓表；便攜式；校準

0 引言

空盒氣壓表是以變形元件作感應的一種大氣壓測量儀器。它以攜帶方便、測量準確、測壓范圍廣、使用維護簡便、無汞污染等優(yōu)點廣泛地應用于氣象、軍事、航空、航海、農業(yè)、測量、地質、工礦企業(yè)和科研等領域，成為測量大氣壓力的常規(guī)儀器。為滿足空盒氣壓表現場校準的需要，需要研制一套適合于現場校準的空盒氣壓表檢測裝置。

1 裝置構成及原理

1.1 裝置構成及原理

1）裝置由一個功能集成化的主機和一個密封性能良好的箱體構成，如圖1所示。其中，排氣閥與標準器、顯示設備、A/D轉換器、壓力源等為裝置中的主機。檢定箱的排氣閥直接與主機相連，由主機控制排氣。

圖1 裝置設計

2）氣壓源的輸出上下限可控制，根據被?？蘸袣鈮罕淼牧砍淘O置一個寬于該量程的上下限，用于保證輸出到被校氣壓表上的氣壓不會超過其量程，從而起到保護被校氣壓表的作用。該設置將會被校準裝置記憶，重新啟動后仍有效。校準裝置的控壓目標值受此條件限制，如果超出會要求重新輸入控制范圍的上下限。

3）根據JJG 272-2007《空盒氣壓表和空盒氣壓計》中5.1.3.1的規(guī)定，輔助設備中的檢定箱具有示值檢定所需要的升壓和降壓功能，并具有良好的氣密性，其漏氣率在10 min內氣壓變化不得大于0.3 hPa。因此，氣壓穩(wěn)定條件就是輸出氣壓與設定氣壓差值不得大于0.3 hPa，氣壓穩(wěn)定延時范圍為2～250 s?？刂七^程中同時滿足以下兩個條件可判定氣壓穩(wěn)定：

（1）(輸出氣壓-設定氣壓)≤高壓/低壓量程×氣壓穩(wěn)定度；

（2）持續(xù)滿足（1）條件達到氣壓穩(wěn)定延時時間。

4）裝置氣壓變化的速度分高、中、低三檔。氣壓變化速度越高，進氣排氣越快，控壓也越快。在校準氣壓開關時，低速能更好地保證開關的校準準確性，臨近動作切換點時，速度越慢捕獲的動作值越準確。

1.2 多功用與智能化的主機

主機的顯示系統為LCD彩屏，可自定義顯示位數。主機軟件內置了氣壓單位互相轉換的程序，程序里除了最基本的hPa單位外，還包括Pa，kPa，MPa，psi，bar，mbar，inH2O，mmH2O，inHg，mmHg，kgf/cm2等氣壓單位。

主機中內置全自動壓力源，包括充電電池和高準確度模塊，包含了氣壓發(fā)生、氣壓測量、電信號測量與輸出及Hart通信功能，并通過控制面板進行人機交互，使檢定員能很方便對主機的各個功能進行操作與使用。

主機上還有壓力源的輸出系統，主要用來輸出氣壓源，包括正負壓。輸出口（OUTLET）為氣壓輸出接口，連接被校壓力表。本裝置中，輸出口直接與檢定箱相連。如果被校氣壓表有標準接口而不必使用檢定箱時，輸出口也可以直接與被校氣壓表相連。本裝置氣壓設計的控制容積為0～100 mL，超過此范圍的容積接入會導致超出指標范圍的過沖。如果系統中有很大的泄漏會影響氣壓控制穩(wěn)定性。因此，系統在監(jiān)測的泄漏超過一定指標時，主機的顯示系統中會出現氣壓過低的提示，以供檢定員檢查各個接口是否有漏氣現象，能有效監(jiān)控整個測試過程。主機上還有排空口（VENT），排空口用于快速泄壓及排污。排空口也設計成6 mm規(guī)格的一個氣管接口，這是為了保證在使用過程中如果有有毒氣體排出，可以直接連接到一個收納空間，以免污染環(huán)境或者對人員造成傷害，而且使用導管還能有效降低排空時的氣流噪聲。

在主機的外接端口上設計了一個氣壓模塊測試接口，可以方便測試帶氣壓模塊的氣壓類儀器。在氣壓表長時間工作時或者電池工作不正常時，可以用DC27V的直充端口，既可以滿足充電要求，也可以滿足電池工作不正常時的供電要求。對主機中測試數據有導出要求時可以使用RS232端口。

綜上所述，本裝置中的主機采用全智能控制。運用精密測量和數字控制技術快速輸出高準確度和高穩(wěn)定性的氣體壓力，同時配合高準確度的電信號測量和輸出功能、良好人機交互的控制系統以及方便快捷的氣壓源外接系統和電源端口，使整個主機滿足本裝置對氣壓源以及準確度的要求。

1.3 密封性強的檢定箱

裝置中的檢定箱主要用來對空盒氣壓表進行加壓和疏空測試。絕大多數空盒氣壓表沒有外接的氣壓源接口，彈性元件直接與空氣接觸指示出當前的氣壓值。針對這一情況，在校準時必須結合裝置中的主機使用，因此檢定箱必須滿足三個要求：密封、便攜、可視。

為確保密封性，在檢定箱的底座上設計一個圓形的凹槽，凹槽中有橡膠墊圈，使底座與檢定箱的頂蓋下端的凸出部分咬合住。經過旋轉后，用兩個螺釘進行固定。兩個螺釘能進行松緊調試，這樣的設計充分保證了檢定箱的密封性達到要求。

對于檢定箱便攜性能的設計，主要原則是在放置空盒氣壓表條件下尺寸盡量小。針對這個原則，采用DYM3型空盒氣壓表的尺寸為檢定箱設計參照樣本，如圖2所示。檢定箱頂蓋的上端設計為一塊透明的鋼化玻璃，通過視窗觀察能在測試時準確讀數，滿足可視的要求。

圖2 檢定箱（內為DYM3空盒氣壓表）

檢定箱的設計與制作滿足裝置密封、便攜、可視的要求。檢定箱通過一根6 mm規(guī)格的氣管與主機相連后，構成了整體功能多、方便攜帶、準確度高的校準裝置。

1.4 裝置創(chuàng)新性及技術關鍵

1）本裝置采用內置的高準確度絕壓壓力模塊，準確度等級達到0.01級，不僅滿足了所有空盒氣壓表、空盒氣壓計的校準需求，也能對0.02級以下的數字式氣壓計或者壓力變送器、壓力傳感器進行校準。

2）本裝置滿足空盒氣壓表校準要求的同時注重便攜式，從而使裝置具有體積小、質量輕、功能全的特點。裝置的核心為一臺集內置氣壓源、電源、控制系統、人性化的顯示系統和外接系統等為一體的主機，多功能、集成化的設計滿足了對裝置方便、快捷的要求。

3）檢定箱采用反扣式嵌槽方法，解決了箱體密封性問題，并在頂部用一塊透明的鋼化玻璃做密封蓋。獨特的檢定箱設計，使密封性和可視性有效地合二為一。

4）利用主機控制氣源的上下限，用延時方法來判斷標準值與檢定箱的差值以實現氣源的穩(wěn)定性。

2 裝置性能驗證

裝置研制完成后對裝置的性能進行了比對，以對裝置的能力進行驗證。比對試驗數據見表1。

表1 A、B兩實驗室空盒氣壓表的氣壓示值

通過比對試驗數據的計算，對試驗結果進行判定。

yA=-0.8 hPa，yB=-0.9 hPa

式中：yA——A實驗室的最大氣壓示值誤差；

yB——B實驗室在同一測量點處的氣壓示值誤差

比對報告中兩臺空盒氣壓表測量結果的最大差值為

式中，U1——A實驗室氣壓示值誤差的不確定度；

U2——B實驗室氣壓示值誤差的不確定度

3 結語

本裝置設計了一套集氣壓源、電源、控制系統、顯示系統和外接系統等為一體的便攜式空盒氣壓表校準裝置。該裝置的校準結果與有資質能力的實驗室做了比對實驗，結果符合要求。裝置具有體積小、質量輕、功能全的特點，滿足了現場校準的要求，并在氣象、環(huán)境等領域得到了應用，具有較好的推廣應用價值。

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The calibration device of portable aneroid barometers

ChenXin，Yang Donglei，Chen Tingrong，Yang Jingzhao
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

By adopting a built-in pressure module with high precision and humanized control system as core components of the main unit, a portable calibration device for aneroid barometers was developed, which integrated pneumatic supply, power supply, control system, display system and peripheral system into a whole.In addition, a seal-style test box with a transparency window was made to meet the needs of on-site calibration of aneroid barometers.The contrast test with the qualified laboratory verified the precision of the calibration results.

aneroid barometer; portable; calibration