焦鑫鑫 王小三 咸寶金 劉 鑫 王慧龍 朱 剛

(北京航天計量測試技術研究所，北京 100076)

JJG 860-2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》淺析

焦鑫鑫 王小三 咸寶金 劉 鑫 王慧龍 朱 剛

(北京航天計量測試技術研究所，北京 100076)

介紹了JJG 860-2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》的主要變化，就檢定設備的選擇、特殊壓力傳感器的檢定方法等對規(guī)程進行淺析，結合測試實例論述了新增傳感器零點漂移和周期穩(wěn)定性兩個性能指標的必要性，并對規(guī)程的進一步完善提出了建議。

壓力傳感器 零點漂移 周期穩(wěn)定性

1 引 言

近年來，隨著我國科研水平的不斷進步，壓力計量測試技術的發(fā)展日新月異，壓力傳感器產(chǎn)品日趨小型化、集成化、智能化、系統(tǒng)化和標準化，在敏感元件材料、測壓原理以及應用環(huán)境等方面出現(xiàn)了諸多變化，JJG 860-1994《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》已無法滿足壓力傳感器計量需求，尤其對在高低溫、振動等復雜環(huán)境下使用的壓力傳感器和特殊原理壓力傳感器的檢定缺乏指導性。針對這種情況，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2015年發(fā)布了JJG 860-2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》以替代JJG 860-94。新規(guī)程在特殊壓力傳感器的檢定等方面做出了改進和完善。本文將從分析新舊規(guī)程的變化入手，結合筆者在計量工作中的實踐，分析JJG 860-2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》的改進的必要和優(yōu)越之處，并對該規(guī)程的進一步完善提出相應的建議，以期對計量人員和傳感器使用人員有所幫助。

2 新舊規(guī)程的變化

JJG 860-2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》在舊版規(guī)程JJG 860-1994的基礎上，采用了GB/T 15478-1995《壓力傳感器性能試驗方法》、GB/T 18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標計算方法》、GB/T 18806-2002《電阻應變式壓力傳感器總規(guī)范》、GB/T 20522-2006《半導體器件第14-3部分：半導體傳感器——壓力傳感器》的部分內(nèi)容，在保留JJG 860-1994行之有效內(nèi)容的基礎上修訂完成。相比舊版規(guī)程，新規(guī)程在壓力傳感器檢定設備的選擇、檢定項目的數(shù)量以及檢定方法的規(guī)定等方面都發(fā)生了一些變化，下面詳細說明新舊規(guī)程的變化內(nèi)容。

2.1 檢定設備的選擇

如表1所示，[1,2]新規(guī)程對檢定設備的選用方法中，最大的變化是對整套檢定設備檢定時引入的擴展不確定度作出了具體規(guī)定，使檢定設備的選擇更加科學合理。

表1 新舊規(guī)程對主要檢定設備規(guī)定的比較

2.2 特殊壓力傳感器的檢定

2.2.1 非定點使用的非線性壓力傳感器的檢定

相較舊規(guī)程，JJG860-2015增加了對于非定點使用的非線性壓力傳感器的檢定方法的規(guī)定。在對此類傳感器進行檢定時，除了對其基本誤差有所要求之外，還增加了對曲線符合度的檢定：

“符合度，即正反行程實際平均曲線相對于參比曲線的最大偏差，用滿量程輸出的百分比來表示”?！扒€符合度只適用于非定點使用的非線性壓力傳感器，曲線符合度不得大于基本誤差限絕對值”。

2.2.2 定溫度點使用的壓力傳感器的檢定

相較舊規(guī)程，JJG860-2015還考慮到了非常溫條件下使用的壓力傳感器的檢定難題，增加了對該類傳感器檢定方法的規(guī)定，即：“按額定工作溫度或?qū)嶋H工作溫度的要求，將傳感器(包括盡可能多的電纜線)置于符合要求的高低溫試驗箱內(nèi)，將傳感器在確定的溫度點定溫，試驗箱內(nèi)的溫度達到目標溫度后充分穩(wěn)定至少2h，按本規(guī)程7.3.1～7.3.9的方法進行檢定。其在特定溫度點的基本誤差應不大于基本誤差限”。

2.2.3 傳感器計量性能要求的補充

JJG860-2015在舊版規(guī)程的基礎上，增加了對傳感器零點漂移、周期穩(wěn)定性等計量性能的要求，并規(guī)定了相應的檢定方法。

2.2.3.1 零點漂移

對于零點漂移，JJG 860-2015規(guī)定：“壓力傳感器的零點漂移不得大于基本誤差絕對值的1/2，絕壓傳感器對此不作要求”。

2.2.3.2 周期穩(wěn)定性

對于周期穩(wěn)定性，JJG 860-2015規(guī)定：“本次檢定的靈敏度與上一周期的靈敏度差值的絕對值，與本次檢定的靈敏度的比值為靈敏度周期穩(wěn)定性，通常以百分數(shù)表示，該值不得大于基本誤差限絕對值”。

傳感器零點漂移、周期穩(wěn)定性等指標的具體檢定方法詳見規(guī)程，這里不再贅述。

3 對新版規(guī)程的淺析

3.1 檢定設備選擇方法的淺析

由表1可以看出，舊規(guī)程在壓力標準器的選擇上，突出了準確度等級較低設備檢定時必須采用準確度等級較高設備這一基本原則，并在此基礎上規(guī)定了激勵電源、讀數(shù)記錄裝置等配套檢定設備的性能指標范圍。

JJG860-2015在檢定設備的選擇上引入了不確定度的概念，將壓力標準器及配套設備看做一個整體，對整套檢定設備在檢定壓力傳感器時引入的擴展不確定度加以限制。在這個前提下，壓力標準器及配套設備可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)自由選用。

通過對比，JJG 860-2015通過引入不確定度概念，既可以綜合評估整套檢定設備計量性能對傳感器檢定結果所帶來的影響，同時也給予了計量人員以充足的自由，使其得以根據(jù)現(xiàn)實條件合理選用壓力標準器及配套設備。綜合來看，新版規(guī)程對檢定設備選擇的規(guī)定更為科學合理，同時也具有更強的實用性。

3.2 特殊壓力傳感器檢定方法的淺析

3.2.1 非定點使用的非線性壓力傳感器檢定方法淺析

JJG860-2015頒布之前，舊規(guī)程中僅僅規(guī)定了定點使用的非線性壓力傳感器基本誤差的計算方法，而非定點使用的非線性壓力傳感器的檢定長期處于無法可依的狀態(tài)。新規(guī)程對本類傳感器檢定方法的規(guī)定，使其有了明確的檢定方法，同時也使得規(guī)程內(nèi)容更加嚴謹，是對舊規(guī)程在計量實踐指導性方面的一個必要完善。

3.2.2 定溫度點使用的壓力傳感器的檢定方法淺析

相比舊版規(guī)程，JJG 860-2015考慮到了在高低溫及振動等復雜環(huán)境條件下工作的壓力傳感器的實際計量需求，明確規(guī)定了如今常用的定溫度點使用的壓力傳感器的檢定方法，這是對舊規(guī)程的有益改進。

然而，筆者認為，這種檢定方法也存在有待完善之處。第一，對壓力傳感器進行計量的意義在于判定傳感器的實際使用性能，使得傳感器的實際工作數(shù)據(jù)更加準確可信，因此，傳感器的檢定條件應盡可能地與其實際工況一致。規(guī)程規(guī)定將傳感器置于高低溫試驗箱內(nèi)，待試驗箱內(nèi)溫度達到既定溫度時對壓力傳感器進行檢定，這種檢定方法僅僅是對傳感器外部工作環(huán)境的模擬，試驗箱內(nèi)溫度達到目標溫度后充分穩(wěn)定至少2h的做法并不能真正控制測壓介質(zhì)的溫度，無法真實模擬傳感器的工作狀態(tài)，無法保證傳感器測試數(shù)據(jù)的準確可靠。第二，由于壓力傳感器與壓力標準器通常處于介質(zhì)連通狀態(tài)，那么高低溫是否將會影響壓力標準器的實際工作性能，這種影響是否將會直接影響到傳感器的檢定結果都不得而知。若高低溫對傳感器檢定結果有直接影響，那么在選擇壓力標準器時應有哪些注意事項，壓力標準器性能隨溫度變化的合理區(qū)間是多少，規(guī)程理應加以明確。

3.3 傳感器零點漂移和周期穩(wěn)定性計量性能增加的必要性

JJG860-2015除了對傳感器的重復性、遲滯、線性等作出規(guī)定之外，還對增加了對傳感器零點漂移、周期穩(wěn)定性等計量性能的要求，并規(guī)定了相應的檢定方法。筆者認為，零點漂移、周期穩(wěn)定性同屬時移特性指標，反映了壓力傳感器零點及幅值靈敏度隨時間的變化情況，是壓力傳感器設計人員、使用人員和計量人員所必須考慮的性能指標，其對于傳感器準確度等級判定至關重要，理應包含在檢定項目之內(nèi)。對傳感器零點漂移、周期穩(wěn)定性等計量性能要求的擴展將使得新版檢定規(guī)程更加完善科學，具有更強的實踐指導性。下面以某壓力傳感器的測試實例對傳感器零點漂移、周期穩(wěn)定性這兩個性能指標的重要性進行闡釋。

對新出廠，標稱準確度等級0.5級，量程1MPa的某壓力傳感器進行連續(xù)三次示值檢定，測試數(shù)據(jù)見表2～表4。

表2 某壓力傳感器第一次測試數(shù)據(jù)

依照舊規(guī)程，壓力傳感器的準確度等級判定指標主要有重復性誤差、回程誤差、線性誤差和基本誤差四個。若被測傳感器的以上四個指標數(shù)值均不大于傳感器準確度等級所對應的允許基本誤差的絕對值，則判定此壓力傳感器符合本準確度等級。四項指標數(shù)值計算結果見表5。

表3 某壓力傳感器第二次測試數(shù)據(jù)

表4 某壓力傳感器第三次測試數(shù)據(jù)

表5 某壓力傳感器測試數(shù)據(jù)計算結果

由表5可以看出：

(1)三次測試中傳感器工作直線方程中的截距(表征零點輸出數(shù)值)發(fā)生了較大變化，其最大變化量甚至達到了傳感器滿量程輸出的1%左右；

(2)傳感器的靈敏度最大產(chǎn)生了約4%的漂移；

(3)按照JJG860-94對本傳感器三次測試結果進行準確度評定分別得到了符合0.5級和符合1級兩個結論。

顯然，在沒有進行破壞性試驗的前提下，短時間內(nèi)對壓力傳感器進行測試，卻得到了截然不同的測試數(shù)據(jù)，這本身就說明了傳感器自身時移特性可能存在較大問題，實際使用時將嚴重影響測壓數(shù)據(jù)的準確性與可靠性。這種類型的傳感器必須進行準確度等級重新判定并縮短檢定周期，才能再次投入正常使用。

JJG860-2015將零點漂移和周期穩(wěn)定性等時移特性納入傳感器檢定項目，同時將其作為傳感器準確度等級的判定依據(jù)，將在某種程度上避免上述情況的發(fā)生。通過對傳感器零點漂移的檢定，記錄傳感器的零點輸出隨時間的變化情況，若依然出現(xiàn)類似以上測試數(shù)據(jù)，則可依據(jù)新規(guī)程對零點漂移的規(guī)定“壓力傳感器的零點漂移不得大于基本誤差限絕對值的1/2”，可判定此傳感器不符合1.0級。傳感器使用一段時間后，通過對周期穩(wěn)定性的檢定，此傳感器極可能被判定為周期穩(wěn)定性不合格，必須縮短檢定周期，以最大限度地保證用戶的利益。因此，計量人員在對壓力傳感器進行檢定的時候，應對零點漂移和周期穩(wěn)定性這兩項傳感器時移特性指標數(shù)據(jù)的檢定引起足夠重視。

4 新規(guī)程使用注意事項及改進建議

4.1 新規(guī)程使用注意事項

(1)在選擇相應設備對壓力傳感器開展檢定工作之前，計量人員需嚴格按照規(guī)程要求，對整套檢定設備引入的擴展不確定度進行計算，計算結果符合要求方可投入使用；

(2)對于非定點使用的非線性壓力傳感器，計量人員除了要通過輸出值檢定計算傳感器的基本誤差之外，還要計算傳感器的曲線符合度，曲線符合度不得大于基本誤差限絕對值；

(3)計量人員在檢定過程中應重視對壓力傳感器零點漂移和周期穩(wěn)定性等計量特性的檢定，關注傳感器的時移特性；

(4)計量人員應嚴格遵從規(guī)程規(guī)定，檢定前的預壓進行3次即可，切不可為得到良好測試結果而人為增加預壓次數(shù)；

(5)要特別注意傳感器性能指標表述的變化，如JJG 860-2015中將舊規(guī)程中的“回程誤差”表述改變?yōu)椤斑t滯”等。

4.2 對新規(guī)程的改進建議

(1)對定溫度點使用的壓力傳感器進行檢定時，規(guī)程應將高低溫對壓力標準器性能可能帶來的影響考慮在內(nèi)，對壓力標準器在高低溫條件下的性能變化區(qū)間加以限定；同時要尋求更加合理有效的檢定方法模擬傳感器的實際工作狀態(tài)，以期使測試數(shù)據(jù)能夠更加真實可靠地反映傳感器實際工作性能；

(2)對絕壓傳感器，建議增加零點漂移檢定項目。對于壓阻式絕壓傳感器而言，其測壓原理決定了同樣存在零點漂移，且影響到傳感器校準曲線的獲得。與壓阻式表壓傳感器不同的是，由于計量設備的限制，壓阻式絕壓傳感器在壓力絕對零點處的示值輸出很難測得，因此通常記錄傳感器在某個特定壓力值處的示值輸出變化情況并以此來考察零點漂移狀況。絕壓傳感器的零點漂移指標的獲得具體可參照GJB 4409A-2011 《壓力傳感器通用規(guī)范》相關規(guī)定。

(3)建議對7.3.10.3條款進行修訂。對壓電式壓力傳感器，由測壓原理決定，壓電式壓力傳感器本身在零點時并無輸出，無法進行零點漂移檢定。

5 結束語

JJG 624-2005《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》較舊規(guī)程在檢定設備的選擇等方面都做出了改進，相關規(guī)定更為科學合理，具有更強的計量實踐指導性。通過對新舊規(guī)程的變化進行探討，明確了計量人員在使用規(guī)程時的幾點注意事項，對規(guī)程的改進提出了建議，供壓力計量技術人員參考。

[1] 國家技術監(jiān)督局. JJG 860-1994 壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，1994.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. JJG 860-2015 壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2015.

Discussion on JJG 860-2015 Verification Regulation ofPressure Transducer (Static)

JIAO Xin-xin WANG Xiao-san XIAN Bao-jin LIU Xin WANG Hui-long ZHU Gang

(Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology，Beijing 100076, China)

Main variations of a new Pressure Transducer (Static) Verification Regulation JJG 860-2015 are introduced. Discussions are carried out on the selection of the test instruments and the verification methods for specific pressure transducers. The necessity of adding two new performance indicators, the zero shift and the cycle stability, is demonstrated according to some test cases. Furthermore, some improvement suggestions for this regulation are proposed.

Pressure transducer Zero shift Cycle stability

2016-07-29，

2016-11-01

焦鑫鑫(1986-)，男，工程師，主要研究方向：動靜態(tài)壓力計量測試技術研究。

1000-7202(2017) 02-0049-05

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.10

TB935

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