便攜式微壓壓力發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

鄧金華，何昭志

（廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院，廣東廣州，510663）

0 引言

微差壓表是醫(yī)藥行業(yè)GMP認(rèn)證專用儀表，主要用于測(cè)量藥廠、電子廠潔凈室潔凈廠房的正負(fù)壓差。目前，微差壓表的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)所使用標(biāo)準(zhǔn)器為手持式微壓泵，該標(biāo)準(zhǔn)器存在體積大、質(zhì)量重等弊端，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過程中需要兩個(gè)檢測(cè)人員才能完成的校準(zhǔn)工作，增加了現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作的難度，降低了工作效率。為提高現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的工作效率，本文提出一種便攜式的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置，對(duì)裝置的工作原理做了詳細(xì)的說明，并分析出裝置的不確定度評(píng)定結(jié)果。

1 裝置測(cè)量原理

便攜式微壓壓力發(fā)生裝置是一個(gè)穩(wěn)定的氣壓壓力源，該裝置工作原理是利用自動(dòng)氣泵進(jìn)行加壓，并使用節(jié)流器、手板閥等設(shè)備多級(jí)控流，最終達(dá)到穩(wěn)壓效果?，F(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)使用數(shù)字壓力表、管道以及接頭等安裝連接組合成一個(gè)微差壓表校準(zhǔn)裝置，對(duì)比現(xiàn)用的手持式微壓泵，該裝置在體積和質(zhì)量方面進(jìn)行大面積優(yōu)化，增加可置換性和適用性。

如圖1所示，裝置的工作原理是一個(gè)信號(hào)輸入與輸出的過程，主要的測(cè)量設(shè)備如下：

圖1 裝置工作原理流程圖

（1）輸入單元

在對(duì)設(shè)定值進(jìn)行差壓校準(zhǔn)，裝置通過微型壓縮機(jī)氣泵進(jìn)行加壓，該氣泵在（-5～5）kPa范圍自由切換并且保持穩(wěn)定，可以完全滿足現(xiàn)場(chǎng)微差壓表的校準(zhǔn)。

（2）信號(hào)處理單元

微型壓縮機(jī)氣泵加壓以后，裝置通過節(jié)流閥、調(diào)速閥等控制處理器穩(wěn)定地將測(cè)量壓力傳遞到下一級(jí)顯示單元，處理單元的主要配套設(shè)備如下：

節(jié)流閥：節(jié)流閥是通過改變節(jié)流截面或者節(jié)流長(zhǎng)度來控制流體流量的閥門。對(duì)裝置的作用就在于改變氣體流量，控制氣體輸入壓力的速度，檢測(cè)人員可以更好地把握校準(zhǔn)點(diǎn)的壓力控制，進(jìn)而準(zhǔn)確無誤地對(duì)示值點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

手板閥：手板閥是采用手動(dòng)推動(dòng)或者撥動(dòng)的換向閥，它是開閉管路、控制和調(diào)節(jié)輸送介質(zhì)的管路附件。微型壓縮氣泵施加壓力以后，壓力經(jīng)過氣管聯(lián)通到手板閥，通過開閉管路控制所需壓力，手板閥的使用讓裝置保持在一個(gè)穩(wěn)壓的狀態(tài)。

調(diào)速閥：調(diào)速閥是由定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。調(diào)速閥是在節(jié)流閥節(jié)流原理的基礎(chǔ)上，通過增加定差減壓閥自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載變化的影響，減少節(jié)流的壓力損失，使得節(jié)流后的壓力基本上等同于節(jié)流前的壓力，有利于更加高效地控制壓力。

（3）輸出單元

輸出單元為通過氣管串聯(lián)成為一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)儀表，一個(gè)是數(shù)字壓力表，一個(gè)是被檢微差壓表。經(jīng)過輸入單元以及信號(hào)處理單元的處理，需要讀取的數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定清晰地顯示在儀表上，此時(shí)檢測(cè)人員便可讀取原始數(shù)據(jù)，填寫原始記錄。

前文提及相對(duì)于便攜式微壓壓力發(fā)生裝置，手持式微壓泵在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過程中存在一定的不便，表1則在兩者的主要參數(shù)上面進(jìn)行了對(duì)比。

表1 壓力源主要參數(shù)對(duì)比

通過表1可以看到，相對(duì)于手持式微壓泵，本文提出的便攜式微壓壓力發(fā)生裝置優(yōu)勢(shì)在于縮減體積和降低質(zhì)量，這是微差壓表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的急需解決的問題。如表1所示，手持式微壓泵的體積比較大，微差壓表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)需要兩個(gè)人開展工作，一個(gè)人進(jìn)行手動(dòng)加壓并讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，一個(gè)人負(fù)責(zé)原始記錄的填寫，如果對(duì)安裝位置比較特殊的儀器進(jìn)行測(cè)量，手提著1.6kg的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備使得校準(zhǔn)人員在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生比較大的誤差，直接影響檢測(cè)人員對(duì)儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)的判斷。如若使用便攜式微壓壓力發(fā)生裝置，上述的難題將得到的解決，一個(gè)人便可以開展微差壓表的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作。

2 不確定度分量的評(píng)定

2.1 被檢儀器重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定u1

按照A類方法評(píng)定，選取一個(gè)精度等級(jí)為4.0級(jí)、測(cè)量范圍（0～60）Pa的微差壓表作為被測(cè)對(duì)象，各個(gè)檢定點(diǎn)均進(jìn)行10次測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)顯示在檢定點(diǎn)40Pa處誤差最大，得到測(cè)量列為：41.6Pa、41.2Pa、41.2Pa、40.8Pa、40.4Pa、40.4Pa、40.0Pa、41.2Pa、40.4Pa、40.8Pa。故以此點(diǎn)的測(cè)量重復(fù)性來估算其不確定度，計(jì)算n=10，= 40.6Pa，用貝塞爾公式算得單次值實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

2.2 標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定u2

標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量誤差引入的不確定度分量包括裝置密封性引入的不確定分量u21、標(biāo)準(zhǔn)器最大允差引入的不確定分量u22、其中兩者不相關(guān)。

（1）裝置密封性引入的不確定度評(píng)定u21

（2）標(biāo)準(zhǔn)器最大允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定u22

數(shù)字壓力表的最大允許誤差為2000 Pa×0.05%=1 Pa，按B類評(píng)定，假設(shè)為均勻分布，則k=，故

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

擴(kuò)展不確定度

由于測(cè)量結(jié)果接近正態(tài)分布，則取包含因子k=2，

3 結(jié)束語

本文提出的便攜式微壓發(fā)生裝置具有體積小、重量輕，并且不需要外接電源的特點(diǎn)，十分便于現(xiàn)場(chǎng)微差壓檢測(cè)工作。裝置的使用減輕了校準(zhǔn)人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，裝置所涵蓋的量程也完全滿足微差壓表的日常校準(zhǔn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室樣品試驗(yàn)以及不確定度分析，裝置各部分檢測(cè)參數(shù)可以滿足4級(jí)微差壓表的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)要求，并符合JJF1033-2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中的規(guī)定，各項(xiàng)分析表明裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)微差壓表的校準(zhǔn)具有很大的實(shí)際意義。