李海兵　卓　華　陳武卿 / 新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院

標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償式微壓計技術(shù)改造的驗證方法

李海兵卓華陳武卿 / 新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院

0　引言

補(bǔ)償式微壓計是通過液體高度復(fù)現(xiàn)壓力量值，是壓力計量的基本方法之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、測量可靠、準(zhǔn)確度較高、使用方便、售價便宜等特點(diǎn)。補(bǔ)償式微壓計也存在缺點(diǎn)：（1）使用時需要修正，否則誤差很大；（2）讀數(shù)不夠方便，需要有一定的經(jīng)驗；（3）工作介質(zhì)受溫度影響較大［1］。使用時需修正，指的是對當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取h(huán)境的溫度、濕度和大氣壓力值進(jìn)行修正，減小誤差。

如圖1所示，溫度、濕度、壓力檢測儀通過RS232接口與計算機(jī)通信，對這三個參數(shù)進(jìn)行修正。使用工業(yè)相機(jī)顯微鏡，通過高速USB接口外接計算機(jī)輸出，實(shí)時準(zhǔn)確觀測零點(diǎn)液位的微小變化，同時可對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動計算、自動處理［2］。最后考慮了標(biāo)準(zhǔn)器與被檢設(shè)備不在同一水平面時的液位高度差修正問題［3］，驗證本項目對補(bǔ)償式壓力計的校準(zhǔn)測試能力的提高。

圖1　補(bǔ)償式微壓計的技改原理圖

1　補(bǔ)償式微壓計的驗證

1.1驗證的目的、依據(jù)、項目、樣品與設(shè)備

基于本單位科研技改項目《補(bǔ)償式微壓計讀數(shù)裝置》，為檢驗技改前后該補(bǔ)償式微壓計裝置的穩(wěn)定性、重復(fù)性及測量不確定度能力的變化，與中國計量科學(xué)研究院氣體壓力基準(zhǔn)PG8601型活塞式壓力計做了一次設(shè)備驗證。本次設(shè)備驗證的依據(jù)為JJG 875-2005《數(shù)字壓力計檢定規(guī)程》。驗證的項目為數(shù)字壓力計的示值測量，驗證點(diǎn)分別為300、600、900、1 200、1 500、1 800、2 200、2 500（單位：Pa）。參比設(shè)備為DHI公司的PG8601型活塞式壓力計，分辨力為0.001 Pa，不確定度為0.008 Pa + 3.3×10-5Pa。驗證樣品為準(zhǔn)確等級0.02級的數(shù)字壓力計，型號PACE6000，編號3751550，測量范圍0～7 kPa。從驗證過程與驗證結(jié)果來看，所選擇的樣品穩(wěn)定性較好，從而使結(jié)果的可比性更優(yōu)。

驗證設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)見表1，其中驗證設(shè)備1（活塞式壓力計）的準(zhǔn)確度等級（或重復(fù)性與穩(wěn)定性）要優(yōu)于驗證設(shè)備2（一等補(bǔ)償式微壓計），故將其作為指定設(shè)備（即參考設(shè)備），將驗證設(shè)備2的檢定數(shù)據(jù)（技改前與技改后）與其進(jìn)行比較。

1.2測量不確定度分析

驗證結(jié)果及對應(yīng)測量不確定度分析，結(jié)果見表2和表3，表中的En值按式（1）計算

式中：X — 指定設(shè)備的測量值；

x — 另一臺驗證設(shè)備的測量值；

Uref— 指定設(shè)備測量值的測量不確定度；

表1　驗證設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)

Ulab— 另一臺驗證設(shè)備測量值的測量不確定度

當(dāng)|En|≤1時驗證結(jié)果為滿意，當(dāng)|En|＞1時驗證結(jié)果為不滿意，當(dāng)出現(xiàn)0.8≤|En|＜1的情況時，應(yīng)分析原因并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。補(bǔ)償式微壓計技改前和技改后驗證的結(jié)果見表2和表3。指定設(shè)備的測量次數(shù)為5次，每次升壓、降壓檢定循環(huán)次數(shù)為2次；另一臺設(shè)備的測量次數(shù)為9次，每次升壓、減壓檢定循環(huán)次數(shù)為2次。

為了使觀測更加方便，直接觀測示值誤差和測量不確定度，使用圖像表示技改前、技改后的數(shù)字壓力計各試驗點(diǎn)驗證數(shù)據(jù)、測量不確定度匯總，如圖2所示。

本次驗證結(jié)果采用歸一化偏差En進(jìn)行評價，見式（1）。使用圖像來表示各試驗點(diǎn)測量結(jié)果的En值分布，如圖3所示。

表2　技改前數(shù)字壓力計檢定設(shè)備驗證

表3　技改后數(shù)字壓力計檢定設(shè)備驗證

圖2　示值誤差及其測量不確定度分布圖

1.3驗證結(jié)果與評價

通過數(shù)據(jù)分析，可以看出所有驗證點(diǎn)的驗證結(jié)果均為滿意。對比技改前和技改后發(fā)現(xiàn)，除了600 Pa，其余各測量點(diǎn)的歸一化偏差En前＞En后，這證明技改后的校準(zhǔn)測試能力要比技改前的要高。在數(shù)字壓力計測量結(jié)果示值誤差的不確定分析中，各測量點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度Ulab前≥Ulab后。

圖3　測量點(diǎn)En分布圖

2　結(jié)語

通過設(shè)備驗證工作發(fā)現(xiàn)，技術(shù)改造后的補(bǔ)償式微壓計其校準(zhǔn)測試能力得到了提高。最關(guān)鍵的是，使用帶放大裝置的CCD工業(yè)相機(jī)觀測零點(diǎn)液位的變化，使得檢定工作效率得到提高，同時減少了人為因素帶來的誤差。

［1］ 胡央麗，胡安倫.二等標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償式微壓計全國比對后的問題［J］.上海計量測試，2011（5）：35-40.

［2］ 李海兵，卓華，仝立功.傳統(tǒng)補(bǔ)償式微壓計的技術(shù)改造［J］. 計量與測試技術(shù)，2014（4）：53-56.

［3］ 王金庫，李燕華，悅進(jìn).補(bǔ)償式標(biāo)準(zhǔn)微壓計使用中的高度差修正分析［J］. 計量技術(shù)，2009（1）：52-53.