關于壓力儀表原位校準方法的研究

陳寶有 劉增啟 劉志超 黃愛輝 趙興亮

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

關鍵詞：壓力儀表;原位校準;免拆卸工裝;不確定度

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

0 引言

壓力儀表應用極為普遍，它幾乎遍及所有的工業(yè)流程和科研領域。在航空航天、醫(yī)藥、冶金、汽車制造、交通等領域隨處可見。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，壓力儀表是否準確直接關系到生產(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，導致設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備管路容易進入多余物，會對設備使用造成很大影響。國內(nèi)在工業(yè)設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的研究更是寥寥無幾。因此，壓力儀表的原位校準（免拆卸校準方式）變得尤為重要[1]。壓力儀表原位校準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，通過設計免拆卸工裝或改變校準方法得以實現(xiàn)。壓力儀表原位校準（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，設計壓力儀表免拆卸工裝力學結(jié)構(gòu)或改變壓力儀表校準方法，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準表壓力一致，即實現(xiàn)壓力儀表原位校準。

1.2.2 工作具體方式

（1）單對單壓力儀表原位校準。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)壓力儀表與標準表壓力一致，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。即針對復雜的壓力系統(tǒng)的壓力儀表實現(xiàn)原位校準。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質(zhì)量的前提下通過改變校準方法，實現(xiàn)壓力系統(tǒng)原位校準。由北京航天計量測試技術研究所編制的關于壓力系統(tǒng)原位校準的計量規(guī)范JJF（軍工）117-2016《高壓氣體壓力儀表現(xiàn)場校準規(guī)范》為壓力儀表原位校準方法提供了技術和理論上的支持。

壓力系統(tǒng)原位校準是將標準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校準示意圖[2]所示。

2 試驗分析

2.1 單對單壓力儀表原位校準

由于單對單壓力儀表原位校準方法與實驗室校準方法基本一致，因此本文不在此做單對單壓力儀表校準數(shù)據(jù)與實驗室校準數(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

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，得到一組校準數(shù)據(jù)。利用本文研究的壓力系統(tǒng)原位校準方法，使用相同的標準壓力表對以上3塊壓力表進行校準，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與原位校準數(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)原位校準與實驗室校準結(jié)果基本一致，初步驗證該校準方式數(shù)據(jù)準確、合理可行[1]。

3 原位校準的不確定度分析

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

3.1 數(shù)學模型

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）由被校準壓力表的測量重復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 標準不確定度分量評定

4 結(jié)語

壓力儀表原位校準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，壓力儀表原位校準在各行業(yè)具有廣闊的應用前景。同時升級改造還可以實現(xiàn)計量過程和設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方法的研究[J].計量技術，2018（7）：57-59.

[2] JJF（軍工）117-2016高壓氣體壓力儀表現(xiàn)場校準規(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.