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        氣壓傳感器檢定裝置對比研究

        2021-12-11 12:59:34王毛翠
        氣象水文海洋儀器 2021年4期
        關(guān)鍵詞:示值氣壓儀器

        王毛翠,王 敏,陳 斌

        (安徽省大氣探測技術(shù)保障中心,合肥 230031)

        0 引言

        近幾年為滿足氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需求,在全國范圍內(nèi)組建了2400多個氣象臺站和3萬多個中尺度加密站[1],形成了氣象要素自動觀測網(wǎng)。其中,實時氣壓是重點觀測要素之一。在組建的各類氣象臺站中,安徽省主要使用PTB220[2,3]和PTB210[4]氣壓傳感器作為氣壓測量設(shè)備。為了保證氣壓傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,使用中的氣壓傳感器應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的檢定規(guī)程及時進(jìn)行檢定。目前,安徽省氣象檢定部門配備的氣壓傳感器檢定裝置主要有QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置、氣壓自動檢定系統(tǒng)[5]和YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器。面對多種氣壓檢定裝置[6,7],如何正確認(rèn)識氣壓檢定裝置的工作特點、合理選擇檢定設(shè)備,對提高檢定質(zhì)量和工作效率具有重要意義,也是計量人員重點關(guān)心的問題。文章基于安徽省大氣探測技術(shù)保障中心現(xiàn)有的3種氣壓傳感器檢定裝置,從各設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā),對比分析了不同檢定裝置的工作特點。最后,利用現(xiàn)有的3種檢定裝置對3臺PTB220氣壓傳感器進(jìn)行檢定,在相同工作環(huán)境下,對比了對同一臺氣壓傳感器檢定結(jié)論和測量結(jié)果的差異,并分析了產(chǎn)生差異的原因。

        1 檢定裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作特點

        1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

        1)QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置主要由工控機(jī)、YKQ-20壓力自動控制器、Model 745型氣壓標(biāo)準(zhǔn)器、空氣發(fā)生器、真空泵、正壓源、負(fù)壓源、壓力換向閥等部件組成,并與QYX-2氣壓儀器示值檢定箱配合使用,以實現(xiàn)對不同類型氣壓儀器的計量檢定。

        2)氣壓自動檢定系統(tǒng)主要由觸摸屏、氣壓發(fā)生和控制器 CPC6000、氣壓基準(zhǔn)表Model 745、Agilent 34401A萬用表、MS220混合信號接口、GS8 氣路接口、TS16串口服務(wù)器、AS800模擬開關(guān)、SP800智能電源和UPS等設(shè)備組成。

        3)YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器由PTB接口、RS-232接口、LAN接口(網(wǎng)口)、USB接口、觸摸屏、電壓、電流采集口和PU管等設(shè)備組成。

        3種氣壓檢定裝置的工作原理大致相同:3種檢定裝置表面層都由軟件程序進(jìn)行控制,將設(shè)計的檢定步驟固化到程序里,再通過程序向自動控制器發(fā)送指令,控制相應(yīng)的設(shè)備及真空泵所連接的閥門,對整個氣路進(jìn)行加壓或減壓,最終實現(xiàn)氣壓儀器由高壓到低壓再到高壓的計量檢定。

        1.2 工作特點

        QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置、氣壓自動檢定系統(tǒng)和YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器3種氣壓傳感器檢定裝置的適用對象有所差別,適用環(huán)境也不同。QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置檢定對象可以是空盒氣壓表、空盒氣壓計和自動站氣壓傳感器,可以同時檢定6臺空盒氣壓表或2臺空盒氣壓計或4臺自動站氣壓傳感器;氣壓自動檢定系統(tǒng)檢定對象為自動氣象站氣壓傳感器,最多每次同時檢定8臺氣壓傳感器;YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器檢定對象為自動氣象站氣壓傳感器,每次只能檢定1臺氣壓傳感器。從使用環(huán)境來看,QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置和氣壓自動檢定系統(tǒng)的體積和重量比較大,不宜搬動,適用于實驗室內(nèi)部作業(yè),不適合野外作業(yè);YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器具有體積小、控制穩(wěn)定性好和控制速度及響應(yīng)時間快等優(yōu)點,另外,YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器內(nèi)置微型氣泵和充電電池,在無220 V供電情況下可持續(xù)工作6~8 h,滿足野外作業(yè)需求。

        2 實驗概況

        2.1 檢定點選擇

        根據(jù)JJG(氣象)001-2015《自動氣象站氣壓傳感器》檢定規(guī)程規(guī)定,壓力檢定點為:500 hPa、600 hPa、700 hPa、800 hPa、900 hPa、1000 hPa和1100 hPa。按以上檢定點由低到高或由高到低的順序進(jìn)行兩次壓力循環(huán)的檢定,在檢定過程中,應(yīng)平穩(wěn)地升壓和降壓。

        2.2 示值誤差計算方法

        按式(1)計算標(biāo)準(zhǔn)器示值平均值,按式(2)計算氣壓傳感器各檢定點測量結(jié)果的平均值。

        (1)

        (2)

        按式(3)計算氣壓傳感器各檢定點的測量誤差。

        (3)

        式中,Δpi為氣壓傳感器第i個檢定點測量誤差,hPa;ci為標(biāo)準(zhǔn)器第i個檢定點示值修正值,hPa;δpHi為氣壓傳感器第i個檢定點由高度引起的測量誤差修正值,hPa。

        3 檢定結(jié)果對比分析

        2020年5月,選取3臺PTB220氣壓傳感器,儀器編號為X4060078、E4760089、D3460003。利用QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置、氣壓自動檢定系統(tǒng)和YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器3種氣壓傳感器檢定裝置對3臺氣壓傳感器進(jìn)行對比測試。在實驗中,標(biāo)準(zhǔn)器和氣壓傳感器盡量保持在同一水平面上,故δpHi可忽略不計。3種氣壓傳感器檢定裝置的檢定結(jié)果如表1、表2、表3所示。

        表1 編號X4060078氣壓傳感器的檢定結(jié)果 hPa

        表2 編號E4760089氣壓傳感器的檢定結(jié)果 hPa

        表3 編號D3460003氣壓傳感器的檢定結(jié)果 hPa

        從表中可以看出,3種氣壓傳感器裝置的檢定結(jié)論一致性較好。在使用3種氣壓傳感器裝置檢定時,3種氣壓傳感器的示值誤差均≤0.3 hPa,滿足JJG(氣象)001-2015《自動氣象站氣壓傳感器》檢定規(guī)程規(guī)定的技術(shù)要求。表中3種氣壓檢定裝置檢定同一臺氣壓傳感器時,測量結(jié)果有一定的偏差,最大偏差為0.13 hPa。產(chǎn)生偏差的原因主要有3個方面:一是3種標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)置的軟件程序?qū)?shù)據(jù)處理的方法可能不同;二是在3種標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定過程中,使用的標(biāo)準(zhǔn)器和串口服務(wù)器不同;三是3種標(biāo)準(zhǔn)裝置的氣密性不同。

        4 結(jié)束語

        QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置、氣壓自動檢定系統(tǒng)、YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器3種氣壓檢定裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、控制準(zhǔn)確度和適用范圍等方面不同,決定了3種裝置的適用環(huán)境有所差異。實驗室內(nèi)部檢定時,由于QYJD-1B氣壓儀器檢定裝置、3MS氣壓自動檢定系統(tǒng)的體積較大,可優(yōu)先選擇這兩種氣壓檢定裝置。實驗室外部檢定和進(jìn)行野外氣壓傳感器維護(hù)、標(biāo)校時,可選擇攜帶方便的YKQ-20-B便攜式氣壓發(fā)生器,其內(nèi)部自帶超差檢定程序,方便現(xiàn)場儀器超差檢定。

        從檢定結(jié)果對比情況來看,3種氣壓檢定裝置檢定結(jié)論的一致性很好,但測量結(jié)果有一定的偏差,最大偏差為0.13 hPa。

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