根據(jù)開展壓力儀表檢定工作的實際需要，針對JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表及真空表檢定規(guī)程》中300分格精密壓力表非線性性能檢定方法和數(shù)據(jù)處理過程進行分析討論，提出300分格精密壓力表非線性性能檢定和數(shù)據(jù)處理判定方法的改進意見。

0.引言

彈簧管式壓力表具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，性價比優(yōu)良的特點，在科研試驗和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場有著廣泛的應(yīng)用；而300分格精密壓力表作為一種特殊類型的壓力表，有著表盤制造相對簡單、測試準(zhǔn)確度高的特點，在一些測壓場合（如作為標(biāo)準(zhǔn)壓力表）仍有較廣泛的應(yīng)用。在JJG49-2013《彈性元件式精密壓力表及真空表檢定規(guī)程》(以下稱規(guī)程JJG49-2013)中，對這一類型的精密壓力表的檢定方法、數(shù)據(jù)處理過程以及性能判定要求等方面有專門的敘述。本文針對檢定300分格精密壓力表中兩個方面的具體問題進行分析討論’并提出解決問題的新方法，以優(yōu)化300分格精密壓力表的檢定過程。

1.300分格精密壓力表及其檢定方法

1.1300分格精密壓力表

300分格精密壓力表是一類專用的彈簧管式壓力表，因其所有量程的表盤都均勻劃分成300個分度而得名[1]。使用時必須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壓力儀器對其進行定度，然后按定度數(shù)使用，在使用中若需要用非定度數(shù)時，則按照巳定度的數(shù)進行線性內(nèi)插值計算，其內(nèi)插公式為

式中：\為需要求出的設(shè)定壓力的分格數(shù)；h為設(shè)定的壓力值；九，外為與凡相近間隔的兩個巳知壓力值,u2為與壓力Pi，對應(yīng)的分格值。

反之，若巳知分度數(shù)K，求相應(yīng)的壓力值時，其計算公式為

使用300分格精密壓力表的優(yōu)點在于：由于表盤分度間隔多，分度值相對較小，因而可以提高儀表測試的準(zhǔn)確度；同時不需要制作不同量程的表盤，可以簡化儀表生產(chǎn)工藝過程。

在規(guī)程JJG49-2013中，對300分格精密表的準(zhǔn)確度等級及計量性能作出了明確規(guī)定，從規(guī)定中給出的性能要求來看：除300分格精密壓力表的單位為“格”及具體要求指標(biāo)的數(shù)據(jù)外，與直讀式精密壓力表的最大區(qū)別在于，300分格精密壓力表的性能檢定需要考査其“非線性”性能。所謂“非線性”就是考核300分格精密壓力表所用的彈簧管的彈性性能是否在整個測量范圍內(nèi)保持彈性形變，扇齒輪傳動機構(gòu)的傳動比是否適當(dāng)，各零件間的間隙、幾何尺寸以及加工工藝是否滿足要求，從而保證使用過程中其它點的插值計算的準(zhǔn)確性。

1.2300分格精密壓力表的檢定及存在的問題

檢定300分格精密壓力表，其增壓和卸壓的操作控制過程與直讀式精密壓力表一致，主要區(qū)別在于檢定點的選取。選取確定300分格精密壓力表的檢定點,必須考慮兩個方面的規(guī)定要求：一是檢定點的數(shù)量,在規(guī)程JJG49-2013中規(guī)定，對精密壓力表示值誤差的檢定點不得少于8個（不包括零點），且檢定點在測量范圍內(nèi)盡可能均勻分布；二要考慮300分格精密壓力表“非線性”性能的評定方法是“任意兩個相鄰檢定點的間隔值，其中最大值與最小值之差應(yīng)不大于兩檢定點間隔標(biāo)稱值的1/10”這一特殊要求。

基于上述兩點要求，當(dāng)前多數(shù)計量人員在檢定300分格精密壓力表時，選擇檢定點在考慮檢定點數(shù)i夠的情況下，盡量保證各檢定點間的間隔相等，以避免對不同間隔的允許誤差（也就是相鄰檢定點間隔標(biāo)稱值)進行計算；同時為兼顧人們對精密壓力表的使用習(xí)慣，避免使用過程中進行插值計算，在選擇檢定點時一般會參照與其測量范圍相同的直讀式精密壓力表的數(shù)字標(biāo)度來進行選取。

根據(jù)規(guī)程JJG49-2013中檢定300分格精密壓力表的要求，結(jié)合國標(biāo)中直讀式精密壓力表的標(biāo)度情況,可以知道不同測量上限的300分格精密壓力表的檢定點及檢定間隔選取情況如下：

對測量上限為1x10"MPa(n為全、負整數(shù)或零)的300分格精密壓力表，其檢定間隔選為1xlO"-1MPa,檢定點數(shù)(不包括零點）為10個；

測量上限為1.6x10"MPa(n為正、負整數(shù)或零)時，其檢定間隔選為1xlO"MPa,檢定點數(shù)(不包括零點）為16個；當(dāng)其檢定間隔選為2x10"MPa，檢定點數(shù)(不包括零點）為8個，使用時對奇數(shù)值的數(shù)值點必須進行插值計算；

測量上限為2.5xlO"MPaU為正、負整數(shù)或零)時，其檢定間隔為2xlO"MPa，檢定點數(shù)（不包括零點）為13個，而且在測量上限點必然會出現(xiàn)不同檢定間隔的情況；

對測量上限為4xlOnMPa(n為正、負整數(shù)或零)的300分格精密壓力表，其檢定間隔選為4xl(T—1MPa,檢定點數(shù)(不包括零點）為10個；

對測量上限為6x10"MPa(n為正、負整數(shù)或零)的300分格精密壓力表，其檢定間隔選為5xlO"-1MPa,檢定點數(shù)(不包括零點）為12個。

根據(jù)上述分析，結(jié)合對300分格精密壓力表進行檢定的實際情況，可以看出當(dāng)前檢定300分格精密壓力表的工作中存在著兩方面的不足：首先是其檢定點數(shù)變化較大，且部分壓力表的檢定點數(shù)偏多，一定程度上增加了計量檢定工作強度和計量工作的經(jīng)濟成本其次是按照“相等檢定間隔”選取檢定點數(shù)的要求，雖然使人工處理數(shù)據(jù)的過程簡單化，但卻不方便利用計算機實現(xiàn)壓力儀表檢定數(shù)據(jù)處理過程自動化，表現(xiàn)為不同規(guī)格的300分格精密壓力表檢定點數(shù)量的不確定性制約了計算機程序界面的設(shè)計，同時其處理、計算數(shù)據(jù)過程也比較繁瑣。

2.300分格精密壓力表檢定及數(shù)據(jù)處理方法分析及改進

2.1300分格精密壓力表檢定及數(shù)據(jù)處理方法分析

300分格精密壓力表的數(shù)據(jù)處理主要過程是對“非線性”性能的判定。規(guī)程JJG49-2013中給出的“非線性”性能的判定方法是：通過設(shè)定的檢定點數(shù)心不包括零值點），計算出該檢定間隔的理論的格數(shù)m=300/n,則各相鄰設(shè)定檢定點格數(shù)示值的允許誤差為m/10格；然后根據(jù)設(shè)定點依次升（降)壓進行兩次重復(fù)測試,分別記錄各點的測試數(shù)據(jù)，求得各點的平均值后，對相鄰點的平均值分別計算其相互之間差的絕對值，如果這些差的絕對值都沒有大于m/10的情況，則該壓力表“非線性”合格，否則以“非線性”不合格處理。

從理論上看，任一300分格精密壓力表，其理想的分格數(shù)和壓力值的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)如圖1(a)中的線段0B所示。圖1(a)中i為300分格精密壓力表的測量上限值。

由于儀表彈性敏感元件的材料、幾何尺寸以及加工工藝的不一致，造成在壓力作用下彈性敏感元件不能完全線性變化，此外各零件間的間隙、摩擦等也影響壓力儀表的非線性，任何儀表實際的分格數(shù)與壓力值的對應(yīng)關(guān)系不可能與理論情況完全一致，所以300分格精密壓力表要采用定度、校準(zhǔn)方法來提高其示值的準(zhǔn)確度。圖1(a)中兩虛線之間沿直線OB的折線為實際的300分格精密壓力表分格數(shù)與壓力值可能相對應(yīng)的情況，而四邊形04SC是檢定數(shù)據(jù)合格的可能區(qū)域。

對規(guī)程JJG49-2013中300分格精密壓力表的檢定數(shù)據(jù)處理方法進行深入研究分析，如圖1(b)所示，不失一般性，假設(shè)某一300分格精密壓力表的測量上限為nMPa，其中三個連續(xù)檢定點0，A,B,檢定間隔為aMPa，其每一檢定點對應(yīng)的理論示值間隔為6格，0，4兩點與理論示值完全一致；依據(jù)規(guī)程JJG49-2013的要求，如果段性能滿足要求，則B點檢定示值范圍為[26-4，26+A],也就是說，S點可以在線段Ci)之間變化。現(xiàn)設(shè)AD,的斜率[3]分別為Ikltk2,則由圖1(b)可知綜合公式(3)，（4)，（5)，(6),可以得出：\=1.Ikk2=0.9k。

上述分析計算表明：當(dāng)點在CZ)之間變化時,其線段AB的斜率在0.9k~hU之間變化；也就是說當(dāng)300分格精密壓力表的“非線性”性能滿足規(guī)程JJG49-2013中的要求時，任意兩個檢定點之間線段的斜率變化不得超過該300分格精密壓力表理論斜率k的10%。

2.2300分格精密壓力表“非線性”性能新判據(jù)及驗證

根據(jù)前文的分析知道：利用兩個相鄰檢定點的分格數(shù)與壓力值的比值關(guān)系可以判定300分格精密壓力表的“非線性”性能，其要求是“任意兩個檢定點其分格數(shù)與壓力值的比值變化不得超過該300分格精密壓力表分格數(shù)與測量上限比值的10%”。

為驗證通過檢定點連線斜率變化范圍來判斷300分格精密壓力表“非線性”性能的正確性，我們對多臺300分格精密壓力表的檢定數(shù)據(jù)進行分析計算和對比,均很好地驗證了上述結(jié)論的正確性。以下以一測量上限為為6MPa的300分格精密壓力表為例，分別按照檢定間隔為0.5MPa和0.6MPa選取檢定點，對其檢定數(shù)據(jù)分別按規(guī)程JJG49-2013的判據(jù)（簡稱為“相鄰等間隔示值差法”)和本文的判據(jù)（簡稱為“相鄰間隔連線斜率法”)進行對比計算，計算過程如表1和表2所示。在表1和表2的標(biāo)準(zhǔn)壓力值列中，用分號對檢定間隔為0.5MPa和0.6MPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力數(shù)據(jù)進行分隔，分號前為檢定間隔為0.5MPa的數(shù)據(jù)，分號后為檢定間隔為0.6MPa的數(shù)據(jù)，沒有分號的表示該點壓力值一致。

根據(jù)JJG49-2013的要求，檢定間隔為0.5MPa時，其相鄰檢定點理論間隔值為25格，任意兩相鄰檢定點間隔最大與最小值之差的允許值為2.5格；檢定間隔為0.6MPa時，相鄰檢定點理論間隔值為30格，任意兩相鄰檢定點間隔最大與最小值之差的允許值為3.0格。表1的結(jié)果表明：該300分格精密壓力表“非線性”性能合格。

從表2的數(shù)據(jù)計算來看，無論是按照等檢定間隔0.5MPa或0.6MPa計算的任意兩點連線斜率值，還是按照任意檢定間隔計算的任意兩點連線斜率值，其均處于斜率理論最大值55與最小值45之間，表明該300分格精密壓力表“非線性”性能合格。

表2中，連續(xù)兩個檢定點連線斜率值欄分別是檢定間隔為0.5MPa和0.6MPa時，各連續(xù)兩個檢定點連線的斜率值；而相鄰兩個檢定點連線斜率值是將所有檢定點視為一次檢定數(shù)據(jù)，其檢定間隔為隨意取值，相鄰兩個檢定點連線的斜率值。

可以看出，利用“相鄰間隔連線斜率法”可以準(zhǔn)確判定300分格精密壓力表“非線性”性能請況。

3.結(jié)束語

根據(jù)前文的分析，對300分格的精密壓力表“非線性”性能的判斷，可以通過考核其“任意兩個檢定點分格數(shù)與壓力值的比值關(guān)系”來進行。應(yīng)用這一判斷方法，在檢定300分格精密壓力表時，可以不考慮檢定點的間隔要求，僅需在全量程范圍內(nèi)根據(jù)使用習(xí)慣選擇“不少于8個（不含零點）檢定點”；從而簡化300分格精密壓力表的檢定過程，減少300分格精密壓力表的檢定點數(shù)，減輕檢定人員的勞動強度，節(jié)省計量工作的成本。另一方面方便應(yīng)用計算機技術(shù)進行300分格精密壓力表檢定數(shù)據(jù)的處理工作，并可以進行其它壓力量值點的自動插值計算，極大地減輕了檢定和使用人員的工作量。