讨论高度差给检测压力表带来的影响

数字压力计是用数字指示待测压力值的压力计，并允许测量压力、压差和绝对压力。其工作原理是，测量的压力通过压力传输介质传输至压力传感器，压力传感器发出相应的电信号或数字信号，信号处理单元对其进行处理，并在屏幕上直接显示测量的压力值。U形水银压力计通常用于实验室测量大气压下的真空压力。尽管该方法原理简单，图像清晰，但由于汞的毒性以及远程观察和自动记录的困难，压力计逐渐被数字电子压力计取代。数字电子压力计具有操作简单、观测距离远、体积小、精度高、自动记录能力强等优点，在实践层面上获得了普遍性的应用。主要由压力传感器、测量电路和电性指示器3部分组成。数字压力计外形小巧，它可以用一只手操作，特别适合在狭窄的场地和地点使用。先进的微处理器可及时采集嵌入式传感器的数据变化，并对仪器的零点、线性度和温度漂移进行连续校正，确保仪器长期保持高精度。该仪器使用微型消费装置和高容量金属水合物的镍电池（锂离子），可在无电源的情况下在现场连续运行。电压和电流信号测量和百分比为数据显示。数字指示直观清晰超大液晶显示屏，背光，智能中文菜单，参数显示更全面，使用更方便。从某种角度层面上来看，它还具有数学微积分功能。它为变送器提供24V电源，直接测量电路中的电流，从而更容易检测双线变送器。使用面板校准技术，无需打开仪器盒，有助于将仪器跟踪到更高的标准。特殊电池容量图标显示并管理节能，以持续更长时间并自动关闭电源。输入外壳，外部安装电池，可更换。

数字压力计应用非常广，是量值传递中最基础的计量标准器之一，所以检测的准确性很重要，对量值传递有很大的积极作用。

1 活塞压力计的原理

日常检测数字压力计的标准设备所指的是活塞式压力计（见图1），由压力产生部分和测量部分组成，它的精度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准数字压力计，也可以校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为250 MPa。活塞式压力计的压力发生部分为：手摇泵15，通过手轮17，旋转导线16，推动工作柱塞14以压缩输送至测量柱塞的工作液体3，工作液一般采用洁净的变压器油。活塞式压力计的测量部分：测量活塞3上端的板2放置在负载配重1上，柱塞3插入油缸4，手动泵15的下端挤压到压力P产生的工作液13的左侧。当作用在柱塞3底端的油压与柱塞3、托盘2和配重1的质量产生的压力平衡时，柱塞保持在位。因此，根据所加砝码与活塞、托盘的质量以及活塞承压的有效面积就可以确定被测压力的数值。

图1 活塞式压力计示意图

1—砝码；2—砝码托盘；3—测量活塞；4—活塞筒；5,7,12—切断阀； 6—标准压力表；8—进油阀手轮；9—油杯；10—进油阀；11—被校压力表； 13—工作液；14—工作活塞；15—手摇泵；16—丝杆；17—加压手轮

图2 活塞式压力计

2 工作介质高度差引起的检定附加误差修正

根据JJG875-2005《数字压力计》检定规程规定，验证前，应调整验证装置或压力计，使两个施力点处于同一水平。如果两个施力点不在同一水平面上，由于工作条件之间的高度差引起的额外验证误差不得超过最大允许压力计误差的1/10，否则附加误差应按如下方式进行修正：

式中：△P——因高度差引起的附加误差修正值，Pa；

ρ——传压力介质密度，kg/m3；

g——检定当地的重力加速度，m/s2；

h——取压口不在同一水平面上的高度差，m。

通常，低精度数字压力计的最大允许误差较低，本文主要考虑高度差对检测精密数字压力表的影响。

3 建立数学模型

本次实验采用的标准器是以工作液为变压器油（ρ=860 kg/m3）的二等活塞式压力计，量程为1MPa~60MPa。被检表选取0.02级量程是0~10MPa和0.05级量程是0~10 MPa的数字压力计。

准确度等级与最大允许误差

由上表可以得出两块精密压力表的最大允许误差分别为：

精密数字压力计内的传感器感压平面与活塞下端面的高度差一般为4~10 cm，以最大值10 cm计算，变压器油在20℃时的密度ρ=860 kg/m3，重力加速度g=9.8 m/s2，液柱高度差引起的压力值为：

根据JJG875-2005《数字压力计》检定规程规定，验证前，应调整验证装置或压力计，使两个施力点处于同一水平。如果两个力点不在同一水平面上，由于操作条件之间的高度差而产生的附加控制误差不得超过最大允许压力计误差的1/10。上述计算表明，液柱中的高度差导致压力值比数字压力计的允许误差高出1/10以上。即使以液柱高度差最小值4cm计算出的△P=860×9.8×0.04=0.337kPa，它也大于所检查的两个数字精密压力计允许误差的1/10，显然不经校正是没有办法达到的。根据计算可以看出，当被检测的数字压力计的量程固定时，等级越高，高度差对其的影响越大，当被检的数字压力计等级固定时，量程越小，高度差对其的影响越大。

在日常检测工作中经常遇到此类问题，因为生产厂家的不同，生产的仪表形状规格也大不相同（见图3），压力表感压传感器的位置也不同，势必会产生高度差，标准器活塞压力计是固定的，不可能调节高度，所以只能用其他方法来进行修正。

图3 各种规格的仪表

4 高度差的修正方法

参考之前的计算和分析，如果数字式精密压力计压力传感器的压力传感器表面与活塞下表面不在同一水平面上，则选择标准活塞压力计来检查数字式压力的调节（一般是高于活塞下端面），如果液柱高度差产生的压力值超过所检查数字精密压力计最大允许误差绝对值的1/10，则应对其实施相应的校正。具体修正步骤如下。

4.1 通过在活塞压力计的砝码托盘上增加小砝码来修正

首先，按照JJG 875-2005《数字压力计》检定规程给出的公式计算出液柱高度差引起的压力值，其中最关键的是要测量出被检精密数字压力计传感器感压面与活塞下端面的高度差h。将被检数字精密压力表放置在活塞表出口接口处，用钢板尺或高度尺按压测量表内压力传感器感压片处距离活塞压力计的输出接口处的距离，可按以下公式连接到柱塞压力计上的小砝码值根据校正后的压力值进行计算：

式中：s——活塞有效面积，cm；

h——数字压力计的传感器感压片距离活塞压力计的输出接口的距离，cm；

ρ ——工作液的密度(变压器油在20℃时的密度ρ=860 kg/m3 )。

如公式（2）所示，小重量的计算与验证现场的重力加速度无关。实际上，在测量和计算高度差后，可以直接计算小附加重量的值，而无需计算压力修正。小砝码可以由铁、铜和其他金属材料制成，并在天平中测量。

4.2 通过计算来修正高度差带来的误差

根据JJG 875-2005《数字压力计》检定规程规定，为了进行验证，应调整验证设备或压力计，使两者的强度尽可能接近。如果两个力点不在同一水平面上，工作介质高度差引起的附加控制误差不得超过最大允许压力计误差的1/10；如果情况并非如此，则应通过应用公式（1）对错误进行额外更正：

式中：△P——因高度差引起的附加误差修正值，Pa；

ρ——传压力介质密度，kg/m3；

g——检定当地的重力加速度，m/s2；

h——取压口不在同一水平面上的高度差，m。

在计算出最终结果△P后，在检定原始记录上就可以明确出修正的数值，在某一个校准点时，被检的精密数字压力计显示的数值是P，这时就可以得出被检的精密数字压力计的实际值为P+△P。一般低精度的数字压力计的最大允许误差较小，本文主要考虑高度差对检测精密数字压力表的影响。

5 结论

通过这两种方法进行修正，可以更加准确地测量精密数字压力计的检测数值，还可以将此方法扩展到其他压力检测的工作中，例如，在检测一般压力表、精密压力表、压力变送器时，也会出现类似的高度差带来的影响，都可以用此方法来进行修正，经过修正，检测的数值更准确。

6 结束语

数字精密压力计是用于传输压力测量值的最基本测量标准之一。测量的准确度将直接传输到工作压力计，检测的准确性很重要，对量值传递有很大的积极作用，所以此次修正意义很大，在以后的工作中要广泛的应用。