便攜式微壓壓力發生器現場校準裝置的設計

鄧金華，何昭志

（廣州計量檢測技術研究院，廣東廣州，510663）

0 引言

微差壓表是醫藥行業GMP認證專用儀表，主要用于測量藥廠、電子廠潔凈室潔凈廠房的正負壓差。目前，微差壓表的現場校準所使用標準器為手持式微壓泵，該標準器存在體積大、質量重等弊端，現場校準過程中需要兩個檢測人員才能完成的校準工作，增加了現場校準工作的難度，降低了工作效率。為提高現場校準的工作效率，本文提出一種便攜式的現場校準裝置，對裝置的工作原理做了詳細的說明，并分析出裝置的不確定度評定結果。

1 裝置測量原理

便攜式微壓壓力發生裝置是一個穩定的氣壓壓力源，該裝置工作原理是利用自動氣泵進行加壓，并使用節流器、手板閥等設備多級控流，最終達到穩壓效果。現場校準使用數字壓力表、管道以及接頭等安裝連接組合成一個微差壓表校準裝置，對比現用的手持式微壓泵，該裝置在體積和質量方面進行大面積優化，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信號輸入與輸出的過程，主要的測量設備如下：

圖1 裝置工作原理流程圖

（1）輸入單元

在對設定值進行差壓校準，裝置通過微型壓縮機氣泵進行加壓，該氣泵在（-5～5）kPa范圍自由切換并且保持穩定，可以完全滿足現場微差壓表的校準。

（2）信號處理單元

微型壓縮機氣泵加壓以后，裝置通過節流閥、調速閥等控制處理器穩定地將測量壓力傳遞到下一級顯示單元，處理單元的主要配套設備如下：

節流閥：節流閥是通過改變節流截面或者節流長度來控制流體流量的閥門。對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，檢測人員可以更好地把握校準點的壓力控制，進而準確無誤地對示值點進行校準。

手板閥：手板閥是采用手動推動或者撥動的換向閥，它是開閉管路、控制和調節輸送介質的管路附件。微型壓縮氣泵施加壓力以后，壓力經過氣管聯通到手板閥，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穩壓的狀態。

調速閥：調速閥是由定差減壓閥與節流閥串聯而成的組合閥。調速閥是在節流閥節流原理的基礎上，通過增加定差減壓閥自動補償負載變化的影響，減少節流的壓力損失，使得節流后的壓力基本上等同于節流前的壓力，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成為一個系統的兩個儀表，一個是數字壓力表，一個是被檢微差壓表。經過輸入單元以及信號處理單元的處理，需要讀取的數據可以穩定清晰地顯示在儀表上，此時檢測人員便可讀取原始數據，填寫原始記錄。

前文提及相對于便攜式微壓壓力發生裝置，手持式微壓泵在現場校準過程中存在一定的不便，表1則在兩者的主要參數上面進行了對比。

表1 壓力源主要參數對比

通過表1可以看到，相對于手持式微壓泵，本文提出的便攜式微壓壓力發生裝置優勢在于縮減體積和降低質量，這是微差壓表現場校準的急需解決的問題。如表1所示，手持式微壓泵的體積比較大，微差壓表現場校準需要兩個人開展工作，一個人進行手動加壓并讀取校準數據，一個人負責原始記錄的填寫，如果對安裝位置比較特殊的儀器進行測量，手提著1.6kg的標準設備使得校準人員在讀取數據的時候產生比較大的誤差，直接影響檢測人員對儀器檢測數據的判斷。如若使用便攜式微壓壓力發生裝置，上述的難題將得到的解決，一個人便可以開展微差壓表的現場校準工作。

2 不確定度分量的評定

2.1 被檢儀器重復性引入的標準不確定度評定u1

按照A類方法評定，選取一個精度等級為4.0級、測量范圍（0～60）Pa的微差壓表作為被測對象，各個檢定點均進行10次測量，得到的數據顯示在檢定點40Pa處誤差最大，得到測量列為：41.6Pa、41.2Pa、41.2Pa、40.8Pa、40.4Pa、40.4Pa、40.0Pa、41.2Pa、40.4Pa、40.8Pa。故以此點的測量重復性來估算其不確定度，計算n=10，= 40.6Pa，用貝塞爾公式算得單次值實驗標準差為：

2.2 標準裝置測量誤差引入的標準不確定度評定u2

標準裝置測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、標準器最大允差引入的不確定分量u22、其中兩者不相關。

（1）裝置密封性引入的不確定度評定u21

（2）標準器最大允差引入的標準不確定度評定u22

數字壓力表的最大允許誤差為2000 Pa×0.05%=1 Pa，按B類評定，假設為均勻分布，則k=，故

表2 標準不確定度分量匯總表

合成標準不確定度

擴展不確定度

由于測量結果接近正態分布，則取包含因子k=2，

3 結束語

本文提出的便攜式微壓發生裝置具有體積小、重量輕，并且不需要外接電源的特點，十分便于現場微差壓檢測工作。裝置的使用減輕了校準人員的工作強度，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。經過實驗室樣品試驗以及不確定度分析，裝置各部分檢測參數可以滿足4級微差壓表的現場校準要求，并符合JJF1033-2016《計量標準考核規范》中的規定，各項分析表明裝置對現場微差壓表的校準具有很大的實際意義。