戴孝華/上海市計量測試技術研究院

壓力表計量基礎知識講座

戴孝華/上海市計量測試技術研究院

第八講 精密壓力表的檢定（下）

8 精密表檢定中必須考慮的問題

8.1 安裝位置形成液位差引起的附加壓力及處理

為保證壓力量值的準確，JJG 49－2013中提出：選用標準活塞式壓力計檢定上限值不大于0.6 MPa的精密表時，應使精密表指針軸與活塞的下端面在同一水平面上。否則，對液位高度差(見圖4）引起的附加壓力必須進行考慮，附加壓力按下式計算：

式中：p— 工作介質(zhì)密度，kg/m3（變壓器油在20 ℃時密度為860 kg/m3）；

g— 檢定地點重力加速度，m/s2,（見JJG 49-2013附錄D）；

h— 精密壓力表指針軸平面與活塞下端面之間的高度差，m

圖4 液位高度差形成示意圖

式（3）是液體式壓力計的測壓公式。使用時計量單位應分別使用“kg/m3”、“m/s2”、“m”，Δp的計量單位為 Pa。Δp是由液位差（h）引起的附加壓力，不是附加誤差，也不是修正值。

例1：選用準確度等級為0.05級、測量范圍為0.04 ～ 0.6 MPa的活塞式壓力計檢定準確度等級為0.4級、測量范圍為0 ～ 0.6 MPa的精密壓力表，上海地區(qū)的重力加速度為 9.794 6 m/s2,精密壓力表指針軸高于活塞下端面 0.15 m，工作介質(zhì)密度為 860 kg/m3，活塞有效面積Se為 1 cm2= 1×10-4m2?，F(xiàn)讀取精密壓力表測量上限的壓力值為0.598 5 MPa,并計算附加壓力為

對應附加壓力Δp的砝碼質(zhì)量Δm計算方法一：

而液位高度差引起的附加壓力：Δp=ρgh

因上兩式相等，則有 Δm=Seρh= 1×10-4×860×0.15 kg＝ 0.012 9 kg = 12.9 g

對應附加壓力Δp的砝碼質(zhì)量Δm計算方法二：

可見方法一和方法二的結(jié)果相同。

例2：提出三種辦法考慮附加壓力Δp的影響

第一種辦法，從結(jié)構上使指針軸與活塞下端面處于同一水平面上，即制造一個專用過度接頭，提高活塞系統(tǒng)的工作位置，使h= 0，則 Δp= 0。

第二種辦法，在活塞式壓力計上加上12.9 g質(zhì)量小砝碼（或加工成專用環(huán)形零件），直接讀取精密壓力表的壓力值。

第三種辦法，用第一次讀取的壓力值0.598 5 MPa加上附加壓力0.001 3 MPa。

具體采用哪一種辦法，根據(jù)實際情況決定。但第三種方法比第二種方法簡單，因為不用計算砝碼的質(zhì)量，直接做加法就行了。

8.2 工作溫度偏離后示值誤差的最大允許誤差

精密壓力表的工作溫度偏離檢定溫度后示值誤差的最大允許誤差（%）計算：

式中：δ— 精密壓力表在檢定溫度下示值誤差的最大允許誤差絕對值（%）；

Δt— |t2-t1|，精密壓力表工作溫度與檢定溫度之差；

t2— 工作溫度，為5 ～ 40 ℃ 之間任意值（國家標準中規(guī)定）；

t1— 檢定溫度，當t2高于22 ℃或23 ℃時，t1取22 ℃或23 ℃；當t2低于18 ℃或17 ℃時，t1取18 ℃或17 ℃；

k— 溫度系數(shù)，取0.04%/℃或使用說明書提供的溫度系數(shù)

式（4）改成：

式中：δ— 精密表在檢定溫度條件下的示值誤差的最大允許誤差，規(guī)程中附錄給出或計算得到；

δ′— 精密表在工作環(huán)境溫度偏離檢定溫度后，引起的附加示值誤差的最大允許誤差

它們?nèi)叩年P系，如圖5所示。

圖5 溫度影響前后最大允許誤差的關系

舉例說明式（4）的應用。

例1：一塊準確度等級為0.4級、測量范圍為0～ 6 MPa的精密壓力表，在工作環(huán)境溫度為28 ℃時準確測量壓力，試問此時精密壓力表示值誤差的最大允許誤差是多少？

解：引用誤差表示

從計算結(jié)果看出，在28 ℃工作環(huán)境溫度下，0.4級的精密壓力表已降為0.6級表了，準確度等級降低，可見溫度影響是很顯著的。

絕對誤差表示

在檢定溫度條件下，精密壓力表示值誤差的最大允許誤差±0.024 MPa，工作溫度28 ℃時，最大允許誤差放寬到Δ= ±0.036 MPa。

例2：仍使用例1的精密壓力表，在工作環(huán)境溫度為12 ℃條件下作壓力準確測量，試問此時精密壓力表示值誤差的最大允許誤差是多少？

解：引用誤差表示

同理，在12 ℃工作溫度下，0.4級的精密壓力表也降為0.6級表，準確度等級降低了。

絕對誤差表示

在檢定溫度條件下，精密壓力表示值誤差的最大允許誤差δ= ±0.024 MPa，工作溫度12 ℃時，最大允許誤差放寬到Δ= ±0.036 MPa。

從例1、例2可知：相對檢定溫度條件,工作溫度偏高或偏低后的示值誤差，它們的共同點是準確度等級降低，最大允許誤差變大了（這就是溫差用絕對值表示的好處）。

例3：現(xiàn)用一塊準確度等級為0.25級、測量范圍0 ～ 6 MPa的精密壓力表，在工作環(huán)境溫度為28 ℃時作壓力準確測量，試問此時精密壓力表示值誤差的最大允許誤差是多少？

解：引用誤差表示

同樣，在28 ℃工作溫度下，0. 25級的精密壓力表已經(jīng)降為0.49級表，準確度等級降低了幾乎一倍。

絕對誤差表示

在檢定溫度條件下，精密壓力表的示值誤差的最大允許誤差δ= ±0.015 MPa，工作溫度28 ℃時，最大允許誤差放寬到Δ=±0.029 4 MPa。

從例1、例3可知：溫度變化對0.25級精密壓力表的影響比對0.4級精密壓力表的影響更明顯。

例4：新產(chǎn)品樣機溫度試驗數(shù)據(jù)

對三塊0.4級，測量范圍0 ～ 25 MPa、0 ～ 0.6 MPa、0 ～ 4 MPa精密壓力表作溫度試驗，分別取6 MPa、0.6 MPa、3.6 MPa檢定點的試驗數(shù)據(jù)（見表9）。

將表9中的數(shù)據(jù)與式（5）、（4）作比較：

1）表9中檢定溫度下的最大允許誤差，即為式（5）中的δ值。

2）表9中高溫下和低溫下的最大允許誤差，即為用式（4）計算出的Δ值。

3）式（5）中的δ′，即為δ′= Δ-δ。

綜上所述，溫度變化對每一塊精密壓力表的示值誤差的影響是不一樣的，必須通過計算和試驗確定。

表9 樣機溫度試驗 單位：MPa

8.3 記錄及出具檢定證書應注意的地方

1）在檢定記錄單上忠實地記錄檢定數(shù)據(jù)，按分度值的1/10估讀；

2）如果不慎造成記錄錯誤，不能隨手涂改，只能在錯誤的數(shù)據(jù)上劃線作廢，并在劃線的部位蓋上檢定員圖章，重新記錄數(shù)據(jù)；

3）檢定員、核驗員簽名的同時，要簽好檢定日期，因為這是一項法制責任；

4）對非法定計量單位的進口壓力表，建議按表10的書寫方式在檢定記錄單和檢定證書上給出數(shù)據(jù)，并將非法定計量單位用括號置于法定計量單位后面；

表10 檢定記錄單和檢定證書的書寫方式

5）如果送檢0.05級活塞式壓力計時，只送檢活塞系統(tǒng)，不送檢專用砝碼；而計量技術機構出具的檢定證書上，卻給出“符合0.05級”的結(jié)論，這種做法是不符合檢定規(guī)程要求的。

8.4 修正值及其應用

已介紹測量儀器的示值誤差、修正值、系統(tǒng)誤差和測量儀器的偏移等定義，現(xiàn)根據(jù)定義及其相互關系來說明修正值的應用：

注：JJF 1001-2011的3.22.已將“約定真值”改為“約定量值”。

對0.4級精密壓力表，檢定規(guī)程規(guī)定只進行一個正反行程循環(huán)檢定，共有4次示值讀數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)誤差定義，4次示值誤差的平均值即為系統(tǒng)誤差。

舉例：一塊準確度等級0.4級、測量范圍為0～ 6 MPa的精密壓力表，在檢定溫度下、最大允許誤差為±0.024 MPa，檢定示值數(shù)據(jù)見表11。

表11 檢定示值 單位：MPa

從表11可知，這是一塊合格的精密壓力表。當用此塊精密表作標準器檢定一般壓力表時，即用6個檢定點的示值作約定量值使用，這時其中的示值誤差必然或多或少地傳遞給一般壓力表了，由于在一般壓力表的示值誤差中多了一項傳遞誤差分量，這給一般壓力表的示值準確性和合格率帶來不利的影響。為了克服多余的傳遞誤差分量，常常采用示值加修正值的方法來消除示值誤差的影響。根據(jù)示值誤差定義，則有

現(xiàn)在用“修正后的示值”作約定量值檢定一般壓力表時，傳遞誤差消除了，這樣就提高了一般壓力表示值檢定的準確性和合格率。為了使用修正值，“檢定證書”上必須給出檢定結(jié)果數(shù)據(jù)，為此，送檢精密壓力表時，客戶應向計量檢定機構明確提出“檢定證書”上要有檢定數(shù)據(jù)。使用修正值的方法，對生產(chǎn)一般壓力表的單位是很有利的。

同理，當使用精密壓力表作壓力精密測量時，用修正后的示值作約定量值進行測量，無疑也是提高測量結(jié)果準確度的好方法。

對穩(wěn)定性差的計量器具，切不可用修正值去修正，那樣會造成假象。

9 300分格精密壓力表的檢定方法和注意事項

9.1 基本參數(shù)

標稱外徑為200°，指針偏轉(zhuǎn)角度為300°，基本上為0.4級精密壓力表，目前有三種測量范圍： 0～ 100 MPa、0 ～ 160 MPa、0 ～ 250 MPa，所以，300分格精密壓力表測量上限名義值分別代表100 MPa、160 MPa、250 MPa。

300分格精密壓力表的分度值，見表12。

表12 300分格精密壓力表的分度值

9.2 性能要求

1）壓力在測量上限時，指針指示在297 ～ 300格之間為合格。對常規(guī)0.4級表，最大允許誤差為±1.2格，這里采用了單向放寬到3格的措施，而且對0.6級、0.4級、0.25級表的要求是一樣的。

2）非線性，任意兩個相鄰檢定點的間隔值，其中最大值與最小值之差應不大于兩檢定點之間隔標稱值的1/10。這個所謂“任意兩個相鄰檢定點的間隔值”，是指兩個檢定點各自4次或8次示值平均值的差值?！皟蓹z定點之間隔標稱值”是指300分格數(shù)除以標定的分度數(shù)，即為間隔標稱值。

舉例：現(xiàn)有0.4級、測量范圍為0 ～ 100 MPa的300分格精密壓力表，說明非線性要求。

標準器給出的壓力與各檢定點對應的格值之間的關系（見表13）。

從表13可以看出，相鄰間隔定為10個，檢定點則有11個，每一個相鄰間隔有30小格。其中“任意兩個相鄰檢定點的間隔值”就是指10個相鄰間隔值，這10個間隔值又是指相鄰兩檢定點4次示值平均值之差（見表13第4行），所以10個相鄰間隔值中，相鄰間隔值最大值為30.4格，相鄰間隔值最小值為29.0格，它們的差為1.4格；兩檢定點的間隔標稱值為300格/10等于30格，30格/10等于3格，因1.4格小于3格，所以非線性符合要求。非線性性能檢定結(jié)果要記錄在記錄單上。

300分格精密壓力表的優(yōu)點，是分度間隔多，分度值小，可以提高讀數(shù)準確性。

表13 標準器給出的壓力與各檢定點對應的格值之間的關系

9.3 檢定方法

300分格精密壓力表的檢定方法，與非300分格精密壓力表的檢定方法是一樣的，但檢定結(jié)果不一樣，即檢定結(jié)果不是具體的壓力量值，而是與標準器壓力對應的“格值”，這就是300分格精密壓力表的特點。

9.4 標定概念

從上文的所謂300分格精密表的檢定方法中已知道，對應活塞壓力計給出的不同壓力值，分別確定了各檢定點的“格值”，這個“格值”代表了相應的壓力值，是賦值概念，在常規(guī)的測量方法中稱作“標定”。標定的示值可能正好指在分格線上，也可能指在兩分格線之間任意位置上（表13第3行）,所以，300分格精密表的計量性能要求中沒有“示值誤差”的說法。嚴格地說，不是“檢定300分格精密壓力表”，而是“標定300分格精密壓力表”，因此，要清楚檢定和標定的概念。

使用300分格精密壓力表時，要知道非標定點壓力值對應的格值是多少，可按線性內(nèi)插法計算。例如，0.4級、0 ～ 100 MPa的300分格精密表，檢定數(shù)據(jù)參見表13，現(xiàn)在要知道24 MPa對應的格數(shù)是多少？那么，24 MPa在20 MPa和30 MPa之間，先計算出1 MPa代表多少格，即，89.8格-60.2格/10 MPa = 29.6格/10 MPa = 2.96格/1 MPa,這時，24 MPa對應的格數(shù)為60.2格＋2.96格×4 = 60.2＋11.84格 = 72.04格,經(jīng)修約取72格。

使用300分格精密壓力表，一定要按照檢定證書上給出的標準壓力值與“格值”的關系進行壓力測量。

10 記錄數(shù)據(jù)的修約和湊整

國產(chǎn)的精密壓力表的分度值是按1×10n、2×10n、5×10n系列刻度的，而檢定規(guī)程又提出按分度值的1/10估讀示值，這就牽涉到如何按估讀示值給出測量結(jié)果。

例1：分度值為1×10n，按1/10估讀，應如何湊整？

有一塊精密壓力表,分度值為0.1 MPa（1 ×10-1MPa）,要求按分度值的1/10估讀，則應估讀出0.01 MPa，為此，其他估讀值只能是0.01 MPa的倍數(shù)，所以，在檢定記錄單和檢定證書上測量結(jié)果的末位數(shù)字可以是1 ～ 0之間任意的數(shù)字。

例2：分度值為2×10n,按1/10估讀，應如何湊整？

有一塊精密壓力表,分度值為0.02 MPa（2 ×10-2MPa），要求按分度值的1/10估讀，則應估讀出0.002 MPa，為此，其他估讀值只能是0.002 MPa的倍數(shù)，所以，在檢定記錄單或檢定證書上測量結(jié)果的末位數(shù)字只能是偶數(shù)數(shù)字，不能出現(xiàn)奇數(shù)數(shù)字。

例3：分度值為5×10n，按1/10估讀，應如何湊整？

有一塊精密壓力表，分度值為0.005 MPa,要求按分度值的1/10估讀，則應估讀出0.000 5 MPa，為此，其他估讀值只能是0.000 5 MPa的倍數(shù),只有兩種數(shù)字出現(xiàn)才符合要求，即0.000 5 MPa和0.001 0 MPa，所以，在檢定記錄單和檢定證書上測量結(jié)果的末位數(shù)字只能是5或0，不能出現(xiàn)其他數(shù)字。

對于上述三種情況，由于在每一個檢定點上要分別讀取4次讀數(shù)（0.6、0.4級表），8次讀數(shù)（0.25、0.16級表），12次讀數(shù)（0.1、0.06級表)，獲取的平均值不可能與分度值的1/10估讀值完全相吻合，在最后取數(shù)值時，按大的方向數(shù)值取，如，分度值為2×10n，末位出現(xiàn)3，則可取2或4，按大數(shù)取4。

0.4 級和0.25級精密壓力表的測量范圍和分度值的對應關系，見表14。

從表14可以知道，檢定數(shù)據(jù)的修約和湊整的方法與分度值有關，測量范圍相同，準確度等級不同，分度值是不同的。

如果需要知道0.06級、0.1級、0.16級精密壓力表的分度值，可查閱 JB/T 5528-2005《壓力表標度及分劃》行業(yè)標準。

表14 0.4級和0.25級精密壓力表的測量范圍和分度值的對應關系 單位：MPa