兩種數(shù)字式氣壓計的比較與分析

劉 穎，胡 帆，周紅根，楊恒祥，張 正，楊 敏

(1.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，哈爾濱 150030；2.江蘇省氣象探測中心，南京 210008)

0 引言

大氣壓力的測量廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。測量大氣壓力的儀器種類很多，形態(tài)各異，既有機械式也有電子式，既有模擬量輸出也有數(shù)字量輸出。所有測量大氣壓力的儀器都應(yīng)當(dāng)定期接受計量，合格后方可使用。黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心計量站實驗室檢定氣壓儀的氣壓標(biāo)準(zhǔn)器一般使用數(shù)字式氣壓計。為了更好地了解和使用數(shù)字式氣壓計，文章選取370型數(shù)字式氣壓計[1]和745型數(shù)字式氣壓計[2]，運用BQY-4000空氣活塞式壓力計[3]對370型和 745型數(shù)字式氣壓計進(jìn)行了連續(xù)3 a的實驗室測試，記錄測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理，分析并比較示值誤差以及穩(wěn)定性。為氣壓儀器計量人員熟悉或選擇合適的氣壓標(biāo)準(zhǔn)器提供參考。

1 氣壓計的性能

370型高精度數(shù)字式壓力計是采用微處理器的多功能測量儀器，它結(jié)合了敏感元件、先進(jìn)的數(shù)字電路和成熟的固化軟件，系統(tǒng)的精度優(yōu)于±0.02%FS。370型數(shù)字式氣壓計采用6位液晶顯示器顯示氣壓值，亦可通過1個雙向EIA-232接口輸出數(shù)據(jù)。利用面板上的功能鍵和數(shù)字鍵可以方便地進(jìn)行工程單位轉(zhuǎn)換，記錄最小/最大值，設(shè)置高低報警點和波特率，進(jìn)行標(biāo)定等，上述功能同樣可通過通訊接口完成。根據(jù)用戶需要，370型數(shù)字式氣壓計有3種不同的方式輸出數(shù)據(jù)，即連續(xù)輸出、間歇輸出和有請求時輸出。370型數(shù)字式氣壓計還提供1個特選的充電電池組，所以它不僅可作為實驗室儀器，還可作為便攜式的精密壓力計用于現(xiàn)場氣壓儀器的校準(zhǔn)。Setra公司的370型陶瓷電容數(shù)字氣壓儀對環(huán)境溫度的要求很高，最佳溫度是(20±3) ℃。

745型數(shù)字氣壓計是Paroscientific公司生產(chǎn)的便攜數(shù)字壓力計，采用該公司生產(chǎn)的石英晶體壓力傳感器作為感壓元件，具有極高的可靠性，不管是在實驗室還是在現(xiàn)場條件下，其精度均可達(dá)到0.01%FS，且無須預(yù)熱。壓力計上的RS-232接口與計算機系統(tǒng)兼容，可通過RS-232接口把測量壓力傳輸給計算機并接受計算機系統(tǒng)的控制命令。 745型便攜式數(shù)字壓力計體積小、重量輕、精度高并具有良好的長期穩(wěn)定性，非常適合現(xiàn)場應(yīng)用。

BQY-4000型全自動空氣活塞式壓力計是由太航儀表公司研發(fā)的可以自動檢定壓力值的標(biāo)準(zhǔn)器?；钊M件工作時活塞桿與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)自動脫離，活塞桿和專用砝碼靠自身的轉(zhuǎn)動慣量自由旋轉(zhuǎn)。其延續(xù)時間、下降速度符合JJG 1086-2013《氣體活塞式壓力計》檢定規(guī)程的要求。當(dāng)更換不同測量范圍的活塞時，無需拆卸自動加碼執(zhí)行機構(gòu)。全自動空氣活塞式壓力計既有準(zhǔn)確度等級高，長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點，同時又實現(xiàn)了自動標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器才具有的自動控制、自動檢定功能。

2 氣壓計的比較與分析

文章選取正在使用中370型數(shù)字式氣壓計、745型數(shù)字式氣壓計和BQY-4000空氣活塞式壓力計進(jìn)行比較和分析。BQY-4000空氣活塞式壓力計、370型數(shù)字式氣壓計和 745型數(shù)字式氣壓計編號分別是N27*、16407*和1179*。將370型數(shù)字式氣壓計和745型數(shù)字式氣壓計通過三通氣管與BQY-4000空氣活塞式壓力計的輸出管路連接，即3臺氣壓計連接到同一個氣路中，能夠同時顯示氣路中的氣壓。首先對氣路進(jìn)行密封性檢查，并盡量使3個標(biāo)準(zhǔn)氣壓計位于同一水平面上，否則應(yīng)考慮位置高度差的氣壓修正。

2.1 示值誤差的比較與分析

BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計被國家級法定計量技術(shù)機構(gòu)檢定合格后準(zhǔn)予作為0.005級使用，而370型數(shù)字式氣壓計和 745型數(shù)字式氣壓計作為0.01級使用。將BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計的輸出壓力作為標(biāo)準(zhǔn)值，BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計自動控制和輸出氣壓，按照J(rèn)JG 1084-2013的規(guī)定對370型數(shù)字式氣壓計和745型數(shù)字式氣壓計進(jìn)行測試。每次至少進(jìn)行1個高低壓的來回，每個壓力點取平均值。記錄370型數(shù)字式氣壓計和 745型數(shù)字式氣壓計的示值，并且計算與BQY-4000型活塞式氣壓計輸出值的差值。

從2018-2020年連續(xù)3 a對370型數(shù)字式氣壓計和745型數(shù)字式氣壓計進(jìn)行3次測量。實驗室環(huán)境溫度分別是25.6 ℃、25.0 ℃、29.0 ℃，示值記錄及其差值如表1、表2和表3所示。

表1 2018年測試數(shù)據(jù) hPa

表2 2019年測試數(shù)據(jù) hPa

表3 2020年測試數(shù)據(jù) hPa

將BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計的輸出壓力值作為標(biāo)準(zhǔn)值，輸出壓力范圍是500～1100 hPa。由于370型數(shù)字式氣壓計在控制氣壓低于500 hPa時會低壓鳴叫報警，當(dāng)BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計控制的氣壓在500 hPa點時，不記錄370型數(shù)字式氣壓計的顯示值，在表1、表2和表3中用“—”替代。

比較兩種數(shù)字壓力計2018—2020年的最小和最大差值，370型數(shù)字式氣壓計的最小誤差為-0.02 hPa，最大為+0.28 hPa，而 745型數(shù)字式氣壓計的最小誤差為+0.04 hPa，最大為+0.11 hPa。

雖然370型數(shù)字式氣壓計的最小誤差的絕對值比745型數(shù)字式氣壓計小0.02 hPa，但其最大誤差的絕對值超過745型數(shù)字式氣壓計0.17 hPa?？梢?70型數(shù)字式氣壓計的誤差變化較745型數(shù)字式氣壓計大。

2.2 穩(wěn)定性的比較與分析

穩(wěn)定性是指相鄰兩個檢定周期之間在同一檢定點上測量誤差變化量的情況。相鄰兩個檢定周期通常是1 a。BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計輸出壓力的穩(wěn)定性很好，以活塞式壓力計輸出作為標(biāo)準(zhǔn)氣壓值。在每個測量點上BQY-4000全自動空氣活塞式壓力計每年輸出的壓力值變動在0.03 hPa以內(nèi)。

370型數(shù)字式氣壓計的相鄰周期最大誤差變化量為±0.10 hPa，如圖1所示。745型數(shù)字式氣壓計的相鄰最大誤差變化量為±0.06 hPa，如圖2所示?？梢?45型數(shù)字式氣壓計的穩(wěn)定性比370型數(shù)字式氣壓計好。

圖1 370型數(shù)字氣壓計的誤差

圖2 745型數(shù)字氣壓計的誤差

3 結(jié)束語

370型和745型數(shù)字氣壓計是檢定氣壓儀器的標(biāo)準(zhǔn)器具。通過比較與分析，745型數(shù)字式氣壓計的量程比370型寬，平均誤差的變化比370型數(shù)字式氣壓計要小，穩(wěn)定性優(yōu)于370型數(shù)字式氣壓計。氣壓儀器計量人員選擇數(shù)字氣壓計時既要考慮種類、型號和測量范圍，更要滿足最大允許誤差和穩(wěn)定性等要求。