用于壓力表計量檢測的快錄電子原始記錄方案

顧全 黃莉 徐擎 李晨韻/上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

壓力表的檢定和校準(zhǔn)采用直接比較法，壓力表與標(biāo)準(zhǔn)器在校驗臺上連接后，在進(jìn)行示值檢測時，從零點開始均勻緩慢地加壓至第一個檢測點，讀取被檢壓力表的示值，按分度值的1/5估讀，之后讀取輕敲位移示值，如此依次加壓至所選取的檢測點直至最高檢測點。經(jīng)耐壓測試后，再依次逐點進(jìn)行下行程檢測。每一項的測量結(jié)果取該項的絕對值的最大值[1-4]。

對于壓力表這種量大面廣的計量器具，檢定和校準(zhǔn)過程中每一步的快捷化都能簡化大量的反復(fù)操作步驟。為此，提出了用于壓力表計量檢測的快錄電子原始記錄方案，以提高壓力表的檢定、校準(zhǔn)工作效率。

1 示值表示整數(shù)化

壓力表示值讀取方法，如圖1所示。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)壓力值為0.6 MPa時，1臺壓力表樣品的示值如圖1所示，依據(jù)JJG 52-2013[5]中7.3.3，讀取壓力表的示值時按分度值的1/5估讀，即壓力表的1/5分度值所表示的壓力值為示值的最小估讀值。假如某計量人員估讀到該指針尖端與標(biāo)準(zhǔn)值分度線的距離為-2/5格，則該點的示值誤差為估讀格數(shù)乘以分度值（0.02 MPa），即-2/5×0.02 MPa=-0.008 MPa。壓力表示值為標(biāo)準(zhǔn)值加上示值誤差，

圖1 壓力表示值讀取方法圖解

即（0.600-0.008）MPa=0.592 MPa。

顯然，示值誤差=整數(shù)×1/5分度值，即可以用1/5分度值作為整數(shù)值的記錄單位。在標(biāo)準(zhǔn)值為0.6 MPa，分度值為0.02 MPa時，估讀整數(shù)為-2。

原始記錄中壓力表需要讀取的項目數(shù)值有四組，分別為零位示值、被檢表示值、輕敲位移值、回程誤差。在標(biāo)準(zhǔn)值和估讀值確定的情況下，這些數(shù)值都可以用整數(shù)表示。當(dāng)被檢表規(guī)格和分度值確定后，被檢表的標(biāo)準(zhǔn)值個數(shù)和有效位數(shù)就被確定。輸入被檢表一個標(biāo)準(zhǔn)值時，被檢表示值誤差按1/5分度值估讀后，該壓力表示值可以被確定。如1臺量程為0～1 MPa的壓力表，分度值一般有兩種，0.02 MPa或0.05 MPa （見圖2）。當(dāng)分度值為0.02 MPa [見圖2（1）]時，最小估讀值為0.004 MPa。標(biāo)準(zhǔn)值分別為 0.000 MPa、0.200 MPa、0.400 MPa、0.600 MPa、0.800 MPa、1.000 MPa； 當(dāng) 分 度 值 為 0.05 MPa[見圖2（2）]時，最小估讀值為0.05 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值分 別 為 0.00 MPa、0.20 MPa、0.40 MPa、0.60 MPa、0.80 MPa、1.00 MPa。已知每個標(biāo)準(zhǔn)值誤差的最小估讀值的整數(shù)倍數(shù)，可以確定被檢表示值。如當(dāng)分度值為0.02 MPa時，如果除零位外每個標(biāo)準(zhǔn)值的被檢表示值按1/5分度值估讀，分別為0個1/5格、1個1/5格、0個1/5格、-1個1/5格、-2個1/5格，則被檢表的示值分別為 0.200 MPa、0.404 MPa、0.600 MPa、0.796 MPa、0.992 MPa。如表1所示。表1為以1臺量程為0～1 MPa，準(zhǔn)確度等級為1.6級的壓力表的部分原始記錄。

圖2 兩種分度值的0～1 MPa量程壓力表

表1 分度值0.01 MPa、量程1.6 MPa、準(zhǔn)確度等級1.6級的壓力表示值部分原始記錄

使用上述整數(shù)化方法后，用1/5分度值作為壓力表示值的記錄單位，表1可以簡化為表2。

表2 表1簡化后的壓力表原始記錄

由此可見，檢定原始記錄數(shù)據(jù)整數(shù)化其實為用最小估讀值的整數(shù)倍數(shù)表示示值誤差，即表2為表1計算前的狀態(tài)，省略由估讀格數(shù)計算具體壓力值和最大誤差的步驟。這樣可減少填寫數(shù)字，錄入速度提高，計算過程交由計算機完成，簡化流程，提高工作效率。

其中需要注意的是，如果計算得到的數(shù)值在數(shù)學(xué)計算后不符合倍數(shù)，需根據(jù)情況使其符合分度值1/5估讀的要求。如上、下行程示值通過平均值計算后得到的壓力表示值，在平均運算后如果不滿足該條件，則取絕對誤差值最大的行程示值為最后的壓力表示值結(jié)果。

綜上所述，量程和分度值確定后，可確定標(biāo)準(zhǔn)值個數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)值有效位數(shù)，又利用估值讀數(shù)規(guī)則，將五分之一分度值作為數(shù)據(jù)輸入單位，作為下一步軟件實現(xiàn)的基礎(chǔ)，計算出輸入整數(shù)序列的全部示值數(shù)據(jù)。

2 量程分度值等級歸納表

壓力表根據(jù)使用需要有不同的量程（最大測量上限）、分度值和準(zhǔn)確度等級（讀取示值準(zhǔn)確度）。示值檢定是否合格，是通過誤差與最大允許誤差比較而得。一段量程的最大允許誤差由該壓力表的準(zhǔn)確度等級和在該段量程中的位置決定，可以通過歸納表總結(jié)得出。

制作歸納表是基于規(guī)程對壓力表的規(guī)定，對壓力表的量程、計量單位和準(zhǔn)確度等級進(jìn)行了規(guī)范，從而歸納出一張簡便的表格。其中規(guī)定如下：

1）JJG 52-2013中3.2條規(guī)定了壓力表使用的法定計量單位為Pa（帕斯卡），或是它的十進(jìn)倍數(shù)單位：kPa、MPa等。即在我國只能用帕斯卡和它的十進(jìn)倍數(shù)單位作為壓力計量單位；

2）JJG 52-2013中6.1.4條規(guī)定測量范圍的上限應(yīng)符合以下系列中之一：（1×10n，1.6×10n，2.5×10n，4×10n，6×10n）/Pa、kPa或 MPa，式中：n為正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零；

3）JJG 52-2013中5.1規(guī)定壓力表的準(zhǔn)確度等級及最大允許誤差應(yīng)符合表3中的規(guī)定。

表3 壓力表的準(zhǔn)確度等級及最大允許誤差

以上三條規(guī)定了國內(nèi)壓力表的計量單位、量程和準(zhǔn)確度等級，限制了符合國內(nèi)規(guī)程要求的壓力表的規(guī)格、種類。計量人員經(jīng)多年經(jīng)驗積累，總結(jié)出常用壓力表量程、分度值、準(zhǔn)確度等級歸納表，進(jìn)而查詢最小估讀值、0～90%測量上限的最大允許誤差、90%～100%測量上限的最大允許誤差，如表4所示。

表4 常用壓力表量程、分度值、準(zhǔn)確度等級歸納表

由于標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)較多，本文將標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)放于表5中。實際兩表可以合為一個表使用。

表5 常用壓力表標(biāo)準(zhǔn)值查詢表

從表4可知，相同量程準(zhǔn)確度等級的壓力表的分度值和最大允許誤差相同，如0～0.1 MPa和0～-0.1 MPa相同，0～0.4 MPa和-0.1～0.3 MPa的相同；相同量程準(zhǔn)確度等級的壓力表量程成10倍的，分度值和最大允許誤差也成10倍，如0～1 MPa壓力表的量程是0～0.1 MPa壓力表量程的十倍，分度值和最大允許誤差也是它的十倍。因而6 MPa以上的壓力表可以通過乘以10計算得出。

圖1中的壓力表量程、分度值、準(zhǔn)確度等級分別為 0～1 MPa、0.01 MPa、1.6級，從表4可以查出它的最小估讀值、0～90%測量上限的最大允許誤差、90%～100%測量上限的最大允許誤差分別為0.01 MPa、±0.025 6 MPa、±0.040 MPa。通過比較原始記錄中的最大示值誤差可知，該壓力表示值誤差為合格。

表4也可以不斷更新，在遇到新的規(guī)格壓力表后，將參數(shù)填入表中，使得電子原始記錄適合更多規(guī)格的樣品。

將表4作為原始記錄的壓力表規(guī)格數(shù)據(jù)庫，是實現(xiàn)壓力表標(biāo)準(zhǔn)值自動填充、整數(shù)序列轉(zhuǎn)化為示值的基礎(chǔ)。

3 Excel原始記錄的快錄實現(xiàn)

將五分之一分度值作為數(shù)據(jù)輸入單位，可以通過軟件輸入一組整數(shù)序列，計算出全部示值數(shù)據(jù)。首先在量程和分度值確定后，確定標(biāo)準(zhǔn)值個數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)值有效位數(shù)?？梢酝ㄟ^常用壓力表標(biāo)準(zhǔn)值查詢表得到。如同量程、準(zhǔn)確度等級、分度值，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對壓力表標(biāo)準(zhǔn)值也有規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定見JB/T 5528-2018[6]的第四節(jié)，原文中相關(guān)的內(nèi)容呈多個圖表，這里不再贅述。經(jīng)歸納可得，常用壓力表標(biāo)準(zhǔn)值查詢表如圖5所示。

量程和分度值確定后，壓力表的各個標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)值可確定；準(zhǔn)確度等級確定后，最大允許誤差可確定。于是在壓力表量程、準(zhǔn)確度等級、分度值、標(biāo)準(zhǔn)值確定情況下，可以用一組最小估讀值倍數(shù)序列表示一個壓力表的所有示值。這組整數(shù)序列需要約定排列規(guī)則。如規(guī)定：升壓行程示值序列；降壓行程示值序列；升壓行程輕敲位移示值序列；降壓行程輕敲位移值序列。則該壓力表的原始記錄可以簡化為：0、1、0、1、-2；0、0、0、1、-2；0、0、1、0、0；0、0、1、0、0。將這些數(shù)據(jù)輸入制作好的Excel電子原始記錄表中，可以同步計算出全部數(shù)據(jù)。如圖3所示。

本樣例電子原始記錄表，省略了客戶信息、標(biāo)準(zhǔn)器、相應(yīng)依據(jù)、環(huán)境條件等信息，各計量技術(shù)機構(gòu)可根據(jù)自身情況和需要添加項目。表格包括數(shù)據(jù)表格、項目分類記錄表格和檢定結(jié)果，圖3展示了數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)表格在此前描述的基礎(chǔ)上增加了計量器具名稱、型號規(guī)格、編號、制造廠、準(zhǔn)確度等級、計量單位分度值，圖3中壓力表示值以上部分（上半部分）左起第二、第四列為壓力表的各種信息。其中量程、分度值可以采用下拉列表選擇的形式，數(shù)據(jù)來源為表4。下拉列表選擇的形式可以節(jié)省填寫時間。圖3上半部分右起第二列為計算結(jié)果，由壓力表示值（下部）的數(shù)據(jù)填充后自動計算得出。如最大示值誤差為圖3下部左起第三、五列示值誤差的最大值，即（1.58-1.60）MPa=-0.02 MPa。

圖3 Excel 壓力表電子原始記錄樣表

當(dāng)輸入量程和分度值后，圖3下部數(shù)據(jù)中計量單位由量程中自動讀出，標(biāo)注在中間計量單位一欄中。同時標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)數(shù)據(jù)庫自動填充相應(yīng)數(shù)值至單元格（圖3左起第一列）。在計量檢測過程中，先讀取壓力表誤差數(shù)值，并得出簡化的整數(shù)序列。圖3下部左起第二、四、六、八列分別填寫整數(shù)序列中的升壓行程示值序列、降壓行程示值序列、升壓行程輕敲位移示值序列、降壓行程輕敲位移示值序列。當(dāng)所需數(shù)據(jù)全部填充后，所有項目最終計算結(jié)果隨之而出并自動判定是否合格，并輸出在結(jié)果欄。在量程和整數(shù)序列填充前，圖3下部數(shù)據(jù)均為零。在填充后，所有結(jié)果自行計算得出。

圖3主要展示壓力表示值部分原始記錄填充的方法。在計量檢測過程中，所有項目按照規(guī)程規(guī)定順序逐次進(jìn)行操作并記錄，經(jīng)自動計算并輸出檢定結(jié)果，各項目檢定結(jié)果輸出如圖4所示。如第一項外觀合格時，在相應(yīng)項目結(jié)果中填寫符合技術(shù)要求，不合格時填寫原因，表格在最終檢定結(jié)論處相應(yīng)輸出檢定結(jié)果為不合格的結(jié)論。如此逐步完成所有的項目。結(jié)果描述也可以采用如圖4下拉列表或復(fù)選框的方法。

圖4 Excel壓力表原始記錄項目分類結(jié)果輸出

Excel的信息數(shù)據(jù)自動化處理，主要完成了三個功能：確定分度值和量程后，針對不同壓力表自動填充相符合的標(biāo)準(zhǔn)值；輸入誤差估讀倍數(shù)序列，得到對應(yīng)壓力表所需全部數(shù)值；在確定準(zhǔn)確度等級后，自動計算對應(yīng)壓力表最大允許誤差并比較后輸出結(jié)果。

4 結(jié)語

本文針對日常計量中常見的壓力表，利用相關(guān)規(guī)程、規(guī)范對估讀、量程、準(zhǔn)確度等級、分度值的要求，使用Excel快速錄入壓力表電子原始記錄。其中，數(shù)據(jù)整數(shù)化其實是示值未經(jīng)過計算的初步誤差估讀倍數(shù)；量程、分度值、準(zhǔn)確度等級歸納表作為不同規(guī)格壓力表的數(shù)據(jù)庫通過快速填入對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，求出最大允許誤差；用Excel記錄表的設(shè)計使輸入一組整數(shù)序列，自動計算出所有數(shù)據(jù)，并輸出結(jié)果。以鍵入一串簡單的數(shù)字代替手寫幾十組四、五位數(shù)的數(shù)字，大大提高了輸入效率，節(jié)約時間，避免手寫及計算帶來的錯誤，并且在符合相關(guān)規(guī)定的前提下體現(xiàn)了電子記錄的優(yōu)勢。

本方案根據(jù)規(guī)定要求而巧妙地簡化電子數(shù)據(jù)錄入的思路，可以拓展應(yīng)用在其他計量專業(yè)領(lǐng)域。在軟件應(yīng)用方面，也可使用開發(fā)難度更大而更多便利功能的手機APP和微信小程序等。文中以檢定為例，實際工作中有很多項目是校準(zhǔn)，由于校準(zhǔn)項目多數(shù)也參考檢定規(guī)程，本文不對校準(zhǔn)的方式做討論。實際計量工作中，壓力表不止國內(nèi)的規(guī)格，還有國外計量單位和量程、準(zhǔn)確度等級，可以通過添加查詢表參數(shù)的方式，使得自動填充和整數(shù)輸入的方法同樣能夠使用。

在電子原始記錄必將代替手寫記錄的趨勢下，如何提高計量工作的效率又不失規(guī)范將是長期研究的議題。特別是量大面廣的計量器具，每一步的快捷化都能簡化大量的反復(fù)操作步驟。希望本方案能起到提示參考的作用，為提高壓力表的檢定、校準(zhǔn)效率作出貢獻(xiàn)。