溫度系數(shù)對空盒氣壓表檢定結(jié)果的影響

陳　鑫　楊京兆　杜天鋆　王　煒 / 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

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溫度系數(shù)對空盒氣壓表檢定結(jié)果的影響

陳鑫楊京兆杜天鋆王煒 / 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

摘要描述了JJG 272-2007規(guī)定的空盒氣壓表溫度系數(shù)檢測方法。通過實(shí)驗(yàn)方法分析了溫度系數(shù)對空盒氣壓表檢定結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明了在空盒氣壓計(jì)檢定過程中用出廠溫度系數(shù)替代實(shí)測溫度系數(shù)的可能性。

關(guān)鍵詞空盒氣壓表；計(jì)量；溫度系數(shù)；檢定

0　引言

空盒氣壓表是利用膜盒在大氣壓力作用下產(chǎn)生彈性形變，繼而通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)量來測量大氣壓力的計(jì)量裝置。一般分為精密空盒氣壓表、普通空盒氣壓表和高原空盒氣壓表。由于空盒氣壓表的感應(yīng)元件為金屬彈性材料制成的膜盒，故而在檢測過程中溫度變化導(dǎo)致的機(jī)械位移成為一個(gè)重要的考量因素。檢定規(guī)程JJG 272-2007 《空盒氣壓表和空盒氣壓計(jì)》（以下簡稱規(guī)程）規(guī)定，通過溫度系數(shù)的檢測，修正溫度變化導(dǎo)致的測量誤差。目前市場上出售的空盒氣壓表出廠時(shí)均需注明溫度系數(shù)數(shù)值。

1　溫度系數(shù)

溫度系數(shù)是指在大氣壓力基本不變的條件下，當(dāng)溫度改變1 ℃時(shí)引起空盒氣壓表示值的改變量。公式如下：

溫度系數(shù)Kt=（Δp1-Δp2）/（t1-t2）

式中：t1—— 高溫點(diǎn)溫度值，℃；

t2—— 低溫點(diǎn)溫度值，℃；

Δp1—— 高溫點(diǎn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣壓表和空盒氣壓表的示值差；

Δp2—— 低溫點(diǎn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣壓表和空盒氣壓表的示值差

規(guī)程中規(guī)定，普通空盒氣壓表溫度系數(shù)不得超過±0.13 hPa/℃。

2　溫度系數(shù)的檢測方法

空盒氣壓表基于規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法：將氣壓表的指針調(diào)整到與即時(shí)氣壓標(biāo)準(zhǔn)值不超過±0.5 hPa的位置上，將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和空盒氣壓表放入溫度系數(shù)檢定箱內(nèi)，在0~5 ℃內(nèi)選擇一個(gè)溫度點(diǎn)t2，穩(wěn)定2 h，記錄溫度t2以及標(biāo)準(zhǔn)氣壓表和空盒氣壓表的示值差Δp2。將溫度系數(shù)檢定箱溫度提升至20~25 ℃區(qū)間內(nèi)的一個(gè)溫度點(diǎn)t1，確保t1- t2>20 ℃，穩(wěn)定2 h，記錄溫度t1以及標(biāo)準(zhǔn)氣壓表和空盒氣壓表的示值差Δp1。

上述兩個(gè)過程的順序可以互換。升降溫過程約需大于0.5 h，具體情況視溫度系數(shù)檢定箱生產(chǎn)商及不同規(guī)格會(huì)有微弱差異。

綜上，在記錄及計(jì)算時(shí)間忽略不計(jì)的前提下，溫度系數(shù)檢定至少需要4.5 h。且規(guī)程中規(guī)定，空盒氣壓表計(jì)量檢定示值修正前必須進(jìn)行溫度系數(shù)的檢測。

3　溫度系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)

3.1溫度系數(shù)出廠值記錄

隨機(jī)抽選不同生產(chǎn)商、不同批次的30塊空盒氣壓表，其量程范圍為800~1 064 hPa。出廠時(shí)給出的溫度系數(shù)Kt出廠如表1所示。

3.2溫度系數(shù)實(shí)際測量記錄

選取t1= 20 ℃，t2= 0 ℃。在10 hPa點(diǎn)示值修正值滿足規(guī)程要求的前提下，根據(jù)規(guī)程測量溫度系數(shù)所得數(shù)據(jù)Kt測量如表1所示。

3.3出廠溫度系數(shù)與實(shí)測溫度系數(shù)對比

Kt出廠-Kt測量數(shù)據(jù)結(jié)果見圖1。

如圖1所示，被測表出廠溫度系數(shù)與實(shí)測溫度系數(shù)之差分布在±0.02 hPa/℃區(qū)間內(nèi)，即

│Kt出廠-Kt測量│≤0.02 hPa/℃

表1　出廠溫度系數(shù)與實(shí)測溫度系數(shù)對比 　　　　　　　　單位：hPa/℃

圖1　Kt出廠-Kt測量溫度系數(shù)偏差

4　氣壓差平均值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.1基于規(guī)程的氣壓差平均值檢測方法

規(guī)程中，空盒氣壓表各檢定點(diǎn)的氣壓差平均值公式為

式中：p標(biāo)' —— 升壓行程該氣壓檢定點(diǎn)氣壓標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)值（經(jīng)過示值修訂后），hPa;

p標(biāo)'' —— 降壓行程該氣壓檢定點(diǎn)氣壓標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)值（經(jīng)過示值修訂后），hPa；

p表' —— 升壓行程該氣壓檢定點(diǎn)空盒氣壓表氣壓示值，hPa；

p表'' —— 降壓行程該氣壓檢定點(diǎn)空盒氣壓表氣壓示值，hPa；

Kt—— 溫度系數(shù)，hPa/℃；

t' —— 升壓行程該氣壓檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度值，℃；

t'' —— 降壓行程該氣壓檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度值，℃

4.2氣壓差平均值檢測實(shí)驗(yàn)部分

表1中，選取出廠溫度系數(shù)與實(shí)測溫度系數(shù)差值最大的10塊空盒氣壓表，實(shí)測溫度系數(shù)與出廠溫度系數(shù)對比如表2所示。

1）當(dāng)溫度系數(shù)取出廠值時(shí)

表2中，10塊溫度系數(shù)差值最大的被測空盒氣壓表在960 hPa、990 hPa、1 010 hPa、1 030 hPa、 1 050 hPa檢定點(diǎn)氣壓差平均值的計(jì)算結(jié)果如表3所示（環(huán)境溫度20 ℃）。

表2　溫度系數(shù)差值最大的10塊空盒氣壓表的溫度系數(shù)對比單位：hPa/℃

表3　取出廠值時(shí)氣壓差平均值計(jì)算結(jié)果　單位：hPa

2）當(dāng)溫度系數(shù)取實(shí)測值時(shí)

表2中，10塊溫度系數(shù)差值最大的被測空盒氣壓表在960 hPa、990 hPa、1 010 hPa、1 030 hPa、1 050 hPa檢定點(diǎn)氣壓差平均值計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4　取測量值時(shí)氣壓差平均值計(jì)算結(jié)果 單位：hPa

對比表3與表4數(shù)據(jù)可知，使用實(shí)測溫度系數(shù)計(jì)算的氣壓差平均值與使用出廠標(biāo)識溫度系數(shù)計(jì)算的氣壓差平均值之差小于±0.4 hPa。

5　溫度系數(shù)檢測對檢定過程的影響分析

根據(jù)規(guī)程，檢定點(diǎn)氣壓差平均值最大允許誤差絕對值為2.5 hPa/℃，使用實(shí)測溫度系數(shù)測量的氣壓差平均值與使用出廠溫度系數(shù)測量的氣壓差平均值之差絕對值小于0.4 hPa，小于最小允許誤差的五分之一，對測量結(jié)果影響極小。

根據(jù)規(guī)程，溫度系數(shù)檢定至少需要4.5 h，而示值檢定部分約2 h即可完成。溫度系數(shù)檢定時(shí)間約占空盒氣壓表檢定總時(shí)長的三分之二。

溫度系數(shù)檢定箱獨(dú)立于空盒氣壓表示值檢定裝置，需單獨(dú)購置。

6　結(jié)語

根據(jù)計(jì)算結(jié)果對比可知，使用實(shí)測溫度系數(shù)計(jì)算所得的氣壓差平均值與使用空盒氣壓表出廠溫度系數(shù)計(jì)算所得氣壓差平均值之差絕對值小于0.4 hPa，而規(guī)程規(guī)定示值修正值檢定結(jié)果允許誤差絕對值不得超過2.5 hPa，因此由出廠溫度系數(shù)與實(shí)測溫度系數(shù)之差引起的氣壓差平均值測量誤差可忽略不計(jì)，其對結(jié)果不產(chǎn)生影響。同時(shí)無論從時(shí)間，還是人力計(jì)算，測量溫度系數(shù)都極大地增加了檢定成本。

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Influence of temperature coefficient on the metrological verfication results of aneroid
barometer

Chen Xin，Yang Jingzhao，Du Tianjun，Wang Wei
（Shanghai Insititute of Measurement and Testing Technology）

Abstract:The temperature coefficient measuring method of JJG272-2007 was described in this paper. The influence of temperature coefficient on the verification results of aneroid barometer was analyzed through experimental methods. The research results show the possibility of replacing the measured temperature coefficient with the value given at the factory in the process of metrological verification of aneroid barometers.

Key words:aneroid barometer; metrology; temperature coefficient; verification