陳寶有 劉增啟 劉志超 黃愛輝 趙興亮

摘 要：本文介紹了幾種關(guān)于壓力儀表原位校準(zhǔn)的方法，即在不拆卸壓力儀表的情況下在線對壓力儀表進行校準(zhǔn)。通過實驗室校準(zhǔn)與原位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對比及實驗結(jié)果分析，表明壓力儀表原位校準(zhǔn)具有很好的準(zhǔn)確性與實用性。

關(guān)鍵詞：壓力儀表;原位校準(zhǔn);免拆卸工裝;不確定度

中圖分類號：TH812 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0088-03

0 引言

壓力儀表應(yīng)用極為普遍，它幾乎遍及所有的工業(yè)流程和科研領(lǐng)域。在航空航天、醫(yī)藥、冶金、汽車制造、交通等領(lǐng)域隨處可見。工業(yè)生產(chǎn)中，壓力儀表監(jiān)測所有系統(tǒng)的壓力值，小到幾帕大到幾百兆帕，壓力儀表是否準(zhǔn)確直接關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量及安全，因此，壓力儀表的計量也就變成重中之重。在工業(yè)生產(chǎn)中，工作流程越來越趨于機械化、自動化。因此，壓力儀表的計量也應(yīng)隨著生產(chǎn)的發(fā)展逐漸完善。在壓力儀表計量的過程中，需要將壓力儀表從設(shè)備上拆卸下來才能進行計量，但此過程存在諸多問題，一方面，拆卸過程中，容易損壞壓力儀表;另一方面，人員安裝過程中有可能存在密閉性欠缺，導(dǎo)致設(shè)備儀器無法正常工作。此外，壓力儀表拆卸過程中，工業(yè)生產(chǎn)線需停線待檢，在一定程度上，降低了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。同時拆卸壓力儀表過程中設(shè)備管路容易進入多余物，會對設(shè)備使用造成很大影響。國內(nèi)在工業(yè)設(shè)計過程中很少考慮儀器儀表的計量，對于壓力儀表原位校準(zhǔn)的研究更是寥寥無幾。因此，壓力儀表的原位校準(zhǔn)（免拆卸校準(zhǔn)方式）變得尤為重要[1]。壓力儀表原位校準(zhǔn)可以在不拆卸壓力儀表的情況下實現(xiàn)壓力儀表的計量工作。根據(jù)實際工況，通過設(shè)計免拆卸工裝或改變校準(zhǔn)方法得以實現(xiàn)。壓力儀表原位校準(zhǔn)（改造）能夠?qū)崿F(xiàn)壓力儀表計量在線化。

1 壓力儀表原位校準(zhǔn)的研究

1.1 壓力儀表工作原理

壓力儀表是壓力表、數(shù)字壓力計、壓力傳感器和壓力變送器及測量系統(tǒng)，以及其他用于壓力參數(shù)測量的設(shè)備或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

壓力儀表的主要工作原理是通過把壓力量值轉(zhuǎn)換成可以計量、記錄或傳送的物理量，實現(xiàn)壓力測量。原理框圖如圖1所示[2]。

1.2 原位校準(zhǔn)工作原理及工作方式

1.2.1 工作原理

依據(jù)帕斯卡原理，設(shè)計壓力儀表免拆卸工裝力學(xué)結(jié)構(gòu)或改變壓力儀表校準(zhǔn)方法，達到壓力類儀表計量過程避免拆卸的目的，使被檢壓力儀表和標(biāo)準(zhǔn)表壓力一致，即實現(xiàn)壓力儀表原位校準(zhǔn)。

1.2.2 工作具體方式

（1）單對單壓力儀表原位校準(zhǔn)。即針對單獨的壓力儀表可以在不拆卸壓力儀表的情況下，實現(xiàn)壓力儀表的在線計量工作。通過壓力儀表原位改造工裝實現(xiàn)計量工作，該套工裝設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，主要由閥門、三通、快插接頭等組成，三通分別與閥門、快插接頭及壓力儀表連接，將閥門的另一端安裝在原壓力儀表的管路或固定接口處，利用帕斯卡原理實現(xiàn)壓力儀表與標(biāo)準(zhǔn)表壓力一致，實現(xiàn)壓力儀表的在線化免拆卸計量。如圖2壓力儀表免拆卸工裝結(jié)構(gòu)圖[3]所示。

（2）壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)。即針對復(fù)雜的壓力系統(tǒng)的壓力儀表實現(xiàn)原位校準(zhǔn)。研究壓力系統(tǒng)計量的特點及難點，結(jié)合實際工作情況，在保證壓力儀表校準(zhǔn)質(zhì)量的前提下通過改變校準(zhǔn)方法，實現(xiàn)壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)。由北京航天計量測試技術(shù)研究所編制的關(guān)于壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)的計量規(guī)范JJF（軍工）117-2016《高壓氣體壓力儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)規(guī)范》為壓力儀表原位校準(zhǔn)方法提供了技術(shù)和理論上的支持。

壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)是將標(biāo)準(zhǔn)表直接連接到壓力系統(tǒng)的工作出口位置，使壓力系統(tǒng)正常工作，利用壓力系統(tǒng)相應(yīng)氣路的減壓閥調(diào)節(jié)壓力大小來實現(xiàn)壓力系統(tǒng)中壓力儀表的計量工作。如圖3校準(zhǔn)示意圖[2]所示。

2 試驗分析

2.1 單對單壓力儀表原位校準(zhǔn)

由于單對單壓力儀表原位校準(zhǔn)方法與實驗室校準(zhǔn)方法基本一致，因此本文不在此做單對單壓力儀表校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與實驗室校準(zhǔn)數(shù)據(jù)比對。大氣壓力計算公式如下：

2.2 壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)

選取某型號配氣臺上的3塊量程同樣為（0～25）MPa的精密壓力表，編號分別為2018001、2018002、2018003，拆卸送至壓力計量實驗室內(nèi)進行校準(zhǔn)，得到一組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。利用本文研究的壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)方法，使用相同的標(biāo)準(zhǔn)壓力表對以上3塊壓力表進行校準(zhǔn)，得到另一組數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)見表1。

由上表中的數(shù)據(jù)可以看出，3塊壓力表實驗室校準(zhǔn)與原位校準(zhǔn)數(shù)據(jù)示值誤差的最大差值僅為兩個估讀值，基本來源人員的視覺估讀，說明壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)與實驗室校準(zhǔn)結(jié)果基本一致，初步驗證該校準(zhǔn)方式數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、合理可行[1]。

3 原位校準(zhǔn)的不確定度分析

由于單對單壓力表原位校準(zhǔn)方式與在實驗室校準(zhǔn)方式基本一致，本文不在這里做此校準(zhǔn)方式不確定度分析，只分析壓力系統(tǒng)原位校準(zhǔn)方式不確定度。

3.1 數(shù)學(xué)模型

3.2 不確定度評定

3.2.1 分析不確定度來源

精密壓力表的不確定度來源如下：

（1）由被校準(zhǔn)壓力表的測量重復(fù)性所引入的不確定度分量u1;（2）由輕敲位移誤差所引入的不確定度分量u2;（3）由數(shù)據(jù)修約引入的不確定度分量u3;（4）由數(shù)字精密壓力表的傳遞誤差所引入的不確定度分量u4;（5）由人員操作引入的不確定度分量u5;（6）由溫度引入的不確定度分量u6。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

4 結(jié)語

壓力儀表原位校準(zhǔn)為不可拆卸壓力儀表的計量提供了一種有效的解決方案，通過壓力儀表原位校準(zhǔn)改造保證了壓力儀表的氣密性，降低工廠生產(chǎn)停產(chǎn)時間，大大提高生產(chǎn)效率和計量效率。隨著航空航天、醫(yī)藥、冶金、汽車制造、交通等行業(yè)的迅猛發(fā)展，壓力儀表原位校準(zhǔn)在各行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。同時升級改造還可以實現(xiàn)計量過程和設(shè)備的自動化和智能化。

參考文獻

[1] 陳寶有，劉志超，等.一種熱電偶原位校準(zhǔn)方法的研究[J].計量技術(shù)，2018（7）：57-59.

[2] JJF（軍工）117-2016高壓氣體壓力儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：國家國防科技工業(yè)局發(fā)布，2016.

[3] 陳寶有.壓力儀表計量免拆卸工裝：中國，ZL 2017 2 0418220.5[P].2017-11-24.

[4] 劉勝林.誤差分析與測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社，2013.