常　萱　鄧　云

(1. 云南省計量測試技術(shù)研究院，昆明 650228；2. 云南省德宏州質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，德宏 678400)

0　引言

數(shù)字壓力計是以數(shù)字形式實現(xiàn)壓力測量結(jié)果的顯示。它與傳統(tǒng)的壓力儀器相比，實現(xiàn)了壓力測量的連續(xù)性和直觀性，具有速度快、靈敏度高、準確性高等優(yōu)點。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和實際應用的需要，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家已經(jīng)研制生產(chǎn)出一些高準確度、多功能、多參數(shù)(可測量直流電壓、直流電流)的數(shù)字壓力計，代替了早期只能將壓力測量結(jié)果用數(shù)字顯示出來的數(shù)字壓力計，從而使數(shù)字壓力計更加具有實用性，數(shù)字壓力計在最佳測量能力上優(yōu)于其他壓力測量儀器，數(shù)字壓力計的檢定數(shù)量逐年增加。但是對數(shù)字壓力計檢定和使用中所復現(xiàn)壓力值的不確定度受到空氣密度、測量地重力加速度、環(huán)境溫度、工作介質(zhì)高度差、安裝傾斜程度等因素的影響不容忽視。本文針對以上引起誤差的因素進行分析，提出了較為合理的修正方法。

1　空氣密度對數(shù)字壓力計測量結(jié)果的影響

空氣密度是最基本的物理量之一,與溫度、海拔高度、濕度等物理量有關(guān)。通常采用的空氣密度是指在0℃、標準大氣壓下的空氣密度為1.293kg/m3。由于全國各地海拔高度和空氣密度不同,使數(shù)字壓力計在測量中引起的誤差相差較大。另外，通常情況下，空氣密度隨大氣壓力的變化而變化。一般情況下，冬季的大氣壓力要比夏季的大氣壓力高些，陰天時的大氣壓力要比晴天時高些。所以，大氣壓力隨一年四季氣候的更迭及天氣陰晴變化而變化，空氣密度也隨之變化，不能統(tǒng)一采用在0℃、絕對標準大氣壓下的空氣密度1.293kg/m3，可根據(jù)式(1)計算出測量環(huán)境條件下的空氣密度。例如，在室溫(20±2)℃、相對濕度為57%、大氣壓為80.5～80.9kPa的環(huán)境條件下，空氣密度為0.95～0.96kg/m3，與標準狀態(tài)下的空氣密度相差25.8%。

ρa=1.1851×10-2po

( 1 )

式中：ρa為使用環(huán)境下的空氣密度(kg/m3)；po為測量地的大氣壓力 (kPa)。

用活塞式壓力計檢定數(shù)字壓力計時，由空氣柱帶來的誤差為：

Δp=ρagΔh

(2)

式中：Δp為被測壓力值誤差(Pa)；g為測量地的重力加速度，(m/s2)；Δh為測壓點之間的高度差(m)。

根據(jù)式(2)計算結(jié)果，必須在活塞式壓力計的承重盤上加上相應Δp壓力值的小砝碼進行空氣密度帶來的誤差修正。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)證明，測壓點之間高度差一定時，空氣密度越大，空氣柱帶來的誤差越大；被測數(shù)字壓力計的測量上限越小，空氣柱對測量結(jié)果影響越大。

2　傳壓流體(氣體或液體)高度差對測量結(jié)果的影響

標準器活塞式壓力計對數(shù)字壓力計檢定時的工作介質(zhì)無論是氣體還是液體，氣柱或液柱高度差在重力作用下引起的測量誤差都不容忽視，必須進行誤差修正。對以液體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計，目前主要有癸二酸脂、變壓器油、變壓器油與煤油混合為介質(zhì)，由于不同的被測數(shù)字壓力計其測壓點不同，液柱高度差對壓力的測量影響主要表現(xiàn)在測壓環(huán)境下、測壓點之間(實際測壓點和要求的測壓點)液柱高度差產(chǎn)生的壓力，其大小為：

Δp=ρ1gΔh

(3)

式中：Δp為液柱高度差產(chǎn)生的壓力(Pa)；ρ1為傳壓介質(zhì)的密度(kg/m3)；g為測量地的重力加速度(m/s2)；Δh為活塞式壓力計與數(shù)字壓力計測壓點之間的高度差(m)。

在測量中，當液體為傳壓介質(zhì)時, 液柱高度差對壓力的測量影響很大，產(chǎn)生的誤差為系統(tǒng)誤差，可以進行修正；傳壓介質(zhì)為氣體時，氣體密度較小，該項誤差也較小。

3　環(huán)境溫度和濕度對數(shù)字壓力計測量結(jié)果的影響

由于空氣密度受海拔高度、測量環(huán)境溫度和濕度變化的影響，密度高度是經(jīng)非標準溫度修正后的壓力高度，導致稀薄空氣的高密度高度的條件是高海拔高度、低大氣壓力、高溫，檢定數(shù)字壓力計時所處環(huán)境條件的變化而引起測量誤差。它主要是數(shù)字壓力計制造材料的彈性元件隨環(huán)境條件變化所引起的誤差，因此制造材料應盡可能選取溫度系數(shù)小的材料；另外工作介質(zhì)的密度也會隨溫度變化而變化，比如純水的溫度從10℃上升到20℃時，其密度從999.7kg/m2減小到998.2kg/m2，相對變化量為0.15%。

4　重力加速度對數(shù)字壓力計測量結(jié)果的影響

由式(2)可知，重力加速度g也是影響數(shù)字壓力計測量準確度的原因之一,因此，當對數(shù)字壓力計壓力和差壓要求較高時,需要準確地帶入測量地的重力加速度值，才能使數(shù)字壓力計得到準確的測量結(jié)果。

5　測量時的安裝位置對數(shù)字壓力計測量結(jié)果的影響

當數(shù)字壓力計測量的安裝位置不垂直時將會產(chǎn)生安裝誤差。比如數(shù)字壓力計安裝傾斜大約5°時，根據(jù)實驗結(jié)果，數(shù)字壓力計可產(chǎn)生大約0.38%的誤差，導致實際值和讀數(shù)值產(chǎn)生一定的偏差。

6　結(jié)束語

使用活塞式壓力計為標準器測量數(shù)字壓力計時，無論傳壓介質(zhì)是液體還是氣體，都存在空氣密度、測量地重力加速度、環(huán)境溫度、傳壓介質(zhì)高度差、安裝傾斜程度等對測量結(jié)果的影響，必須引起高度重視，應該根據(jù)不同的情況進行必要的誤差計算和修正。

[1]JJG 59—2007活塞式壓力計.北京：中國計量出版社，2007

[2]JJG 875—2005數(shù)字壓力計.北京：中國計量出版社，2006

[3]王肖磊，等. 精密空氣密度測量裝置的研制. 計量技術(shù)，2010(10)

[4]王金庫，等. 補償式標準微壓計使用中的高度差修正分析. 計量技術(shù)，2009(1)

[5]張國春. 數(shù)字壓力計使用中應注意的問題. 計測技術(shù)，2012(1)