本文綜述了壓力測(cè)量儀表檢定的發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀。同時(shí),對(duì)常用的壓力檢定方法進(jìn)行了介紹。

1.概述

壓力是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)量和控制的最基本參數(shù)之一。在工程技術(shù)中所稱的壓力與物理學(xué)中的壓強(qiáng)具有相同的概念。壓力測(cè)量儀表在宇航、航空、石油、化工等部門的生產(chǎn)和科研中的應(yīng)用極為廣泛。為保證壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須對(duì)壓力測(cè)量儀表按一定的要求進(jìn)行量值傳遞和定期檢定。世界各國均制定了嚴(yán)格的壓力量值傳遞方法和檢定規(guī)程。以我國為例，根據(jù)壓力量值傳遞的需要，將所有的壓力儀表分為基準(zhǔn)的、標(biāo)準(zhǔn)的和工作用的三大類。一個(gè)壓力值由國家基準(zhǔn)傳遞到具體的工作儀表需經(jīng)過許多步驟，并要按規(guī)定的儀器和方法進(jìn)行傳遞。壓力表的檢定經(jīng)歷了手動(dòng)檢定及自動(dòng)檢定兩個(gè)階段。

2.壓力表的手動(dòng)檢定方法

壓力的測(cè)量始于1654年，而壓力儀表的檢定也有一百多年的歷史。早在1847年，英國的SydneySmith就利用一端加載的鬧門標(biāo)定壓力表。但直到20世紀(jì)70年代以前一直是壓力儀表檢定的手動(dòng)操作階段。這一階段的壓力儀表檢定方法，通常利用檢定用的標(biāo)準(zhǔn)器，借助手動(dòng)加壓、減壓的方法，產(chǎn)生所要求的標(biāo)準(zhǔn)壓力。檢定用的標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)根據(jù)不同的壓力范圍進(jìn)行選擇。通�？蓪⒂米鳂�(biāo)準(zhǔn)器的壓力儀表分為四大類：液體式、彈簧式、活塞式及電測(cè)式。液體式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，利用液柱的高度測(cè)量壓力。常用的液體式壓力計(jì)有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)及傾斜式壓力計(jì)等。彈簧式壓力計(jì)是利用各種彈性元件受到壓力作用后產(chǎn)生彈性變形的原理來測(cè)量壓力的。這一類壓力儀表種類最多，因使用的彈性敏感元件不同，有彈簧管式、膜片式、膜盒式及波紋管式等多種�；钊綁毫τ�(jì)是根據(jù)流體靜壓原理和帕斯卡原理，利用液體將一個(gè)準(zhǔn)確已知的壓力傳遞給被校準(zhǔn)的儀表，壓力大小可由活塞有效面積及砝碼質(zhì)量精確求得�；钊綁毫τ�(jì)誕生于1860年，自19世紀(jì)90年代起，這種壓力計(jì)便作為壓力檢定儀得到普遍應(yīng)用。此后的一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，隨著科技水平及機(jī)械加工技術(shù)的堤高，活塞式壓力計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度不斷堤高，測(cè)量范圍不斷擴(kuò)大。目前已有準(zhǔn)確度等級(jí)為0.002級(jí)、測(cè)量范圍達(dá)215GPa的活塞式壓力計(jì)。20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了以氣體為傳壓介質(zhì)的活塞式壓力計(jì)，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高，已逐步取代液柱型壓力計(jì)，成為中壓范圍內(nèi)壓力檢定標(biāo)準(zhǔn)器。電測(cè)式壓力計(jì)主要指各種壓力傳感器，主要有應(yīng)變式、壓阻式、電感式、電容式、壓電式等多種類型。

3.壓力表的自動(dòng)檢定

手動(dòng)檢定方法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件差、檢定效率低(檢一只壓力表至少需30分鐘左右)，而且讀數(shù)易受人為因素影響，準(zhǔn)確度不易保證。自20世紀(jì)70年代末80年初，世界各國的計(jì)量檢定工作者紛紛開始?jí)毫z定自動(dòng)化的研究。早期的壓力表自動(dòng)檢定裝置自動(dòng)化程度較低，而且其自動(dòng)化主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動(dòng)產(chǎn)生上，而對(duì)檢定結(jié)果的記錄、處理仍需人工完成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，壓力檢定自動(dòng)化程度逐步堤高，檢定準(zhǔn)確度、檢定速度均得到堤高，操作曰趨簡(jiǎn)便。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)的引入，使檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、處理更易于實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)壓力檢定的工作原理，可將壓力表的自動(dòng)檢定方法分為兩大類：基于活塞式壓力計(jì)的自動(dòng)檢定法以及利用壓力傳感器的自動(dòng)檢定法。

3.1基于活塞式壓力計(jì)的自動(dòng)檢定法

這種自動(dòng)造壓方法以活塞式壓力計(jì)為基礎(chǔ)，具有造壓準(zhǔn)確度高、范圍大等優(yōu)點(diǎn)，其自動(dòng)化通常體現(xiàn)在活塞旋轉(zhuǎn)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)活塞位置以及自動(dòng)加裝砝碼。1984年，ThctaPncumatics公司生產(chǎn)的D&H5000系列標(biāo)準(zhǔn)壓力源實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生的全自動(dòng)化1]。它采用線性差動(dòng)變壓器確定活塞的位移量，利用機(jī)械手臂裝卸大砝碼，小砝碼的加載由一系列電磁閥控制汽缸的動(dòng)作來完成。造壓范圍可達(dá)500MPa。英國劍橋大學(xué)的R&Shorrock與E.JAtherton于1987年提出了在活塞壓力計(jì)的基礎(chǔ)上，用電機(jī)帶動(dòng)螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)加壓方式，并利用位移傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制以提高系統(tǒng)的控制精度系統(tǒng)中壓力的大小仍由砝碼質(zhì)量及活塞的有效面積確定。這種造壓方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的性能價(jià)格比較高。

3.2利用壓力傳感器的自動(dòng)檢定法這是以各種壓力傳感器為測(cè)壓元件的自動(dòng)檢定方法，利用壓力傳感器直接輸出電信號(hào)的特點(diǎn)，易于組成自動(dòng)檢定系統(tǒng)。由于采用的壓力傳感器的種類不同，所組成的自動(dòng)檢定系統(tǒng)的工作原理也各不相同。1978年，日本橫河電機(jī)制作所研制成T/2656型標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生的自動(dòng)化。其壓力產(chǎn)生的原理是，利用電機(jī)通過螺桿帶動(dòng)閥針移動(dòng)，改變閥座中氣流流出孔的面積，從而調(diào)節(jié)輸出壓力的大小。這種壓力發(fā)生器的誤差可<滿量程的0.1%，壓力產(chǎn)生范圍為0?200kPac

英國牛津壓力系統(tǒng)公司于1989年推出了GPC-II型智能壓力檢定裝置，內(nèi)含多塊精密壓力變送器，用以監(jiān)控定點(diǎn)壓力和測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的壓力。變送器置于恒溫箱內(nèi)，以消除溫度的影響。壓力的控制由兩個(gè)測(cè)量電磁閥完成，電磁閥的動(dòng)作受計(jì)算機(jī)控制，定點(diǎn)造壓誤差0.1%。標(biāo)準(zhǔn)壓力產(chǎn)生范圍為0?10MPa。英國DRUCK公司研制出DPI510型壓力檢定儀。這種檢定儀可產(chǎn)生誤差為0.025%，范圍在-0.1?21MPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力，壓力達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間只需4秒而無超調(diào)現(xiàn)象。采用高準(zhǔn)確度的壓力敏感元件監(jiān)測(cè)內(nèi)部產(chǎn)生的壓力，壓力敏感元件產(chǎn)生的反饋信號(hào)輸入到微處理器中。由微處理器采用脈寬調(diào)制方式控制內(nèi)部電磁閥的動(dòng)作。

4.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，壓力表檢定的自動(dòng)化研究主要有兩個(gè)趨勢(shì)。一是適于現(xiàn)場(chǎng)檢定的便攜式壓力檢定儀，要求體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、檢定速度快，以適應(yīng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)檢定多塊壓力表的要求。1994年，英國Transmation公司研制成功1292型自動(dòng)壓力檢定儀。這是第一臺(tái)可全自動(dòng)控制壓力的產(chǎn)生，并可對(duì)檢定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的便攜式壓力檢定儀!壓力的產(chǎn)生由一臺(tái)大功率、小型、嵌入式壓縮機(jī)完成，上限壓力可達(dá)700kPa，造壓誤差為0.05%。這種壓力檢定儀實(shí)現(xiàn)了利用便攜式檢定儀完成從標(biāo)準(zhǔn)壓力的自動(dòng)產(chǎn)生到檢定結(jié)果自動(dòng)記錄的全自動(dòng)檢定，特別適合對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中使用的壓力儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢定。另一方面，對(duì)于在計(jì)量檢定室內(nèi)使用的壓力檢定系統(tǒng)，主要研究方向是提高檢定準(zhǔn)確度及檢定效率。同時(shí)還出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助檢定系統(tǒng)，可對(duì)檢定結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)記錄、數(shù)據(jù)處理、給出標(biāo)準(zhǔn)的檢定報(bào)告，并可對(duì)同一壓力表的檢定歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存及分析。

目前國內(nèi)的壓力表自動(dòng)檢定狀況還比較落后，雖已有不少單位進(jìn)行了壓力表檢定自動(dòng)化的研究工作，但關(guān)鍵技術(shù)仍需引進(jìn)。1990年，中國計(jì)量科學(xué)研究院熱工處引進(jìn)英國BRSKA公司的6000型壓力測(cè)量控制儀，及DATRON公司的1071型數(shù)字多用表，實(shí)現(xiàn)了0?16kPa范圍內(nèi)的壓力傳感器標(biāo)定的部分自動(dòng)化。系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)傳送造壓控制命令，由壓力測(cè)量控制儀產(chǎn)生指定檢定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)依次采集各傳感器的輸出值，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并打印。但這套系統(tǒng)仍需人工為壓力測(cè)量控制儀提供合適的工作壓力，并且還需利用兩臺(tái)真空泵抽空以提供真空零點(diǎn)。1994年，航空工業(yè)總公司611所為飛機(jī)研制過程中使用的壓力傳感器進(jìn)行自動(dòng)檢定，由英國DPI510壓力控制儀為核心組成了壓力傳感器靜態(tài)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)t增壓系統(tǒng)采用單活塞往復(fù)式，空氣驅(qū)動(dòng)，無油潤滑氣體增加器。利用計(jì)算機(jī)輸出造壓命令，并對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行分析、處理。