工作用差壓計(jì)測量裝置的研究

鄭兆雄

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

工作用差壓計(jì)測量裝置的研究

鄭兆雄

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

本文通過介紹工作用差壓計(jì)儀器的校準(zhǔn)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，設(shè)計(jì)一種工作用測量儀器，并通過差壓變送器測試的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行可行性分析。

工作用差壓計(jì)；差壓變送器；高靜壓

差壓是指兩個(gè)不同點(diǎn)之間的壓力差，該參數(shù)在測量風(fēng)速、流量、液位等眾多方面都有重要的應(yīng)用。常見的差壓計(jì)有數(shù)字式差壓計(jì)、差壓變送器、差壓液位計(jì)和U型壓力計(jì)等。差壓測量是一項(xiàng)基礎(chǔ)的測量技術(shù)，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，差壓計(jì)測量的準(zhǔn)確度及其可靠性也被日益關(guān)注。

1 現(xiàn)狀分析

當(dāng)前差壓變送器的檢定通常是在低壓端通大氣的情況下檢定的［1］，其他差壓計(jì)也是如此，也就是說將差壓計(jì)的低壓端通大氣，在高壓端施加標(biāo)準(zhǔn)壓力，通過差壓計(jì)測得的高壓端相對(duì)低壓端（大氣壓）的差值是否準(zhǔn)確來判斷差壓計(jì)的合格與否。這種方法適用于低靜壓儀表的校準(zhǔn)，因?yàn)槠潇o壓的影響相對(duì)于儀表的準(zhǔn)確度指標(biāo)可以忽略不計(jì)。但是，在實(shí)際工作中差壓計(jì)往往是高低壓段均連如管道或容器，這使差壓計(jì)的高、低兩端均有一定值而且是相對(duì)高的靜壓壓力。由差壓計(jì)的原理可知在高靜壓狀態(tài)下，差壓計(jì)的高低測量端不可能完全對(duì)稱，所以必然會(huì)引起測量結(jié)果的漂移。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果分析，差壓計(jì)在靜壓狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生輸出值的靜壓誤差，忽略靜壓誤差的方法只能保證靜壓為零時(shí)的差壓計(jì)的測量準(zhǔn)確度，無法保證實(shí)際高靜壓工作狀態(tài)下差壓計(jì)的測量準(zhǔn)確度。這就要求在檢測和校準(zhǔn)工作中，應(yīng)該去模擬實(shí)際工作狀態(tài)，在高靜壓狀態(tài)下對(duì)差壓計(jì)進(jìn)行測試，以保證差壓計(jì)在應(yīng)用中的數(shù)值可靠性。

2 裝置的結(jié)構(gòu)及原理

本文介紹的工作用差壓計(jì)測量裝置整個(gè)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，壓力發(fā)生與控制裝置、差壓調(diào)節(jié)裝置、參考數(shù)字壓力計(jì)。壓力發(fā)生與控制裝置采用氣體壓力校驗(yàn)器，就目前常見的校驗(yàn)器來說，氣壓可做到14MPa，基本滿足常見的差壓計(jì)的靜壓要求；壓力調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度為0.01kPa；參考數(shù)字壓力計(jì)選擇量程為16MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)0.02級(jí)的數(shù)字壓力計(jì)。

裝置工作原理如下。首先，將泄壓閥關(guān)閉，平衡閥1、2打開，此時(shí)工作用差壓計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)的高低壓端處于連通狀態(tài)，以保證再加壓過程中，在靜壓較高的情況下，兩個(gè)差壓計(jì)的高低端差壓不會(huì)出現(xiàn)突跳，導(dǎo)致儀器損壞。然后通過壓力發(fā)生器緩慢升壓并觀察高低兩端數(shù)字壓力計(jì)的示值，當(dāng)數(shù)字壓力計(jì)示值達(dá)到目標(biāo)壓力值時(shí)，差壓計(jì)高低兩端處于同一個(gè)目標(biāo)壓力狀態(tài)。接著關(guān)閉兩個(gè)平衡閥，調(diào)節(jié)低壓端調(diào)壓器，使低壓端壓力達(dá)到試驗(yàn)要求的參考靜壓值并保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)高壓端，使高低兩端產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的壓力差，利用兩個(gè)數(shù)字壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)控，最終以標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)的示值作為測量的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)比標(biāo)志值和工作用差壓計(jì)的示值，來判斷工作用差壓計(jì)示值的準(zhǔn)確程度，完成第一個(gè)壓力點(diǎn)的檢測。重復(fù)以上步驟，繼續(xù)校準(zhǔn)剩下的測量點(diǎn)。完成所有點(diǎn)的校準(zhǔn)之后，先打開兩個(gè)平衡閥，接著打開泄壓閥，這樣就完成了整個(gè)校準(zhǔn)過程。需要注意的是，開始升壓和準(zhǔn)備泄壓之前，一定要確保平衡閥處于打開狀態(tài)，防止單測升壓或降壓造成差壓超過差壓計(jì)的量程。

表1 在靜壓為4MPa條件的測量結(jié)果

表2 在靜壓為4MPa條件下的測量結(jié)果

表3 兩種方法的結(jié)果對(duì)比

表4 En值判別

3 可行性分析

在環(huán)境溫度為（20±1）℃，濕度小于70%RH的環(huán)境下，使用同種電測設(shè)備測量差壓變送器的電流輸出，壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置方面分別用高靜壓活塞式壓力計(jì)和本文介紹的工作用差壓校準(zhǔn)裝置對(duì)同一個(gè)樣品（差壓變送器）在靜壓為4MPa的條件進(jìn)行測量。選擇4MPa下進(jìn)行試驗(yàn)，是因?yàn)镴JG-2004壓力變送器檢定規(guī)程規(guī)定：當(dāng)差壓變送器的靜態(tài)過程壓力大于4MPa，由于試驗(yàn)設(shè)備自身的情況使輸出量程變化試驗(yàn)有困難，可以降低壓力，但不能低于4Mpa［2］。選擇測量點(diǎn)為50kPa。進(jìn)行10次重復(fù)試驗(yàn)，得到兩種方式的測量結(jié)果，利用兩次測量的結(jié)果與其不確定度的一致性用歸一化偏差En值來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

被測樣品參數(shù)：差壓變送器，測量范圍（0～100）kPa，準(zhǔn)確度等級(jí)0.5級(jí)，靜壓范圍（0～10）MPa。

方法一：高靜壓活塞測量法。選用的標(biāo)準(zhǔn)器為高靜壓活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置。差壓范圍0～210kPa，精度± 4.5pa；靜壓范圍0～20MPa，精度±0.25%FS。

在靜壓為4MPa條件的測量結(jié)果見表1。測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度U1=0.03%，k=2。

方法二：工作用差壓計(jì)測量裝置測量法。利用工作用差壓計(jì)測量裝置，選擇高精度的差壓變送器作為標(biāo)準(zhǔn)器。差壓量程0～100kPa；準(zhǔn)確度等級(jí)為0.075級(jí)；靜壓范圍0～13MPa。

在靜壓為4MPa條件下的測量結(jié)果見表2。測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度U2=0.10%，k=2。

比對(duì)結(jié)果見表3。進(jìn)行En值判別，見表4。

通過上述比對(duì)結(jié)果，可以判斷該測量裝置可用于工作用差壓計(jì)在高靜壓條件下的測量及校準(zhǔn)工作。

［1］郭小瑜.智能差壓變送器標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京理工大學(xué)，2006.

［2］國家技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)總局.JJG882-2004，壓力變送器檢定規(guī)程［S］.北京：國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

Research on Differential Pressure Measuring Device for Work

Zheng Zhaoxiong
（Fujian Institute of Metrology and Sciences，F(xiàn)uzhou Fujian 350003）

In this paper,by introducing the current status of calibration of differential pressure gauges and finding out the problems,a device for measuring the differential pressure gauges is designed,and the feasibility analysis is car?ried out by the test result of the differential pressure transmitter.

work with differential pressure gauge；differential pressure transmitter；high static pressure

TB22

A

1003-5168（2017）08-0082-02

2017-07-03

鄭兆雄（1988-），男，本科，助理工程師，研究方向：計(jì)量工作。