內容編輯壓力變送器檢定標準實驗室應用初探
國家質量監督檢驗檢疫總局于 2004 年 12 月 1日頒布實施了 JJG 882-2004 壓力變送器檢定規范，明確規定了壓力變送器的檢定要求，為工業企業壓力變送器的檢定提供了科學、統一的標準和指導原則， 并與 2008 年 9 月 1 日頒布實施了 JJF 1033-2008 計量標準考核規范，對計量標準的建立、考核做出了詳細的規定。
隨著現代科學技術的不斷進步，國內外在壓力計量測試技術和控制系統中，已廣泛采用現代測試技術 , 從而使壓力傳感器應運而生。 壓力傳感器是一種能夠感受（或相應）壓力物理量并按照一定規律轉換成可用信號輸出的器件或裝置，當輸出為規定的標準壓力信號時，則稱為壓力變送器 [1] 。 可見壓力變送器是一種將壓力變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，而且其輸出信號與壓力變量之間有一給定的連續函數關系（通常為線性函數）。 其主要用于工業過程壓力參數的測量和控制，在自動化控制系統中發揮著日益重要的作用。
隨著勝利埕島油田的深入開發和生產自動化程度的逐年提高，壓力變送器被廣泛應用于海上油井生產監控、地面輸送和儲運設備中，已經有千余件各類壓力變送器投入原油生產的各個環節，在原油生產中起到了不可替代的作用。 為了對原油生產控制提供可靠、穩定的信號數據，保證原油生產平穩、安全運行，對壓力變送器的安全、準確檢定，需要找到有一種符合 JJG 882-2004 國家規范要求， 安全、穩定、準確度高、自動化程度密集、可操作性強的檢定系統來實現對油田壓力變送器的檢定工作。
壓力變送器概述
1 壓力變送器組成
壓力變送器有電動和氣動兩大類。 電動壓力變送器標準輸出信號主要為 0～10mA 和 4～20mA （或1～5V ）的直流電信號。 氣動的標準輸出信號主要為20～100kPa 的氣體壓力。
壓力變送器通常由兩部分組成：感壓單元、信號處理轉換單元。有些變送器增加了顯示單元。有些還有現場總線功能。 壓力變送器的結構原理如圖 1 所示 [2] 。
稱重壓力變送器
壓力變送器可分為電容式、諧振式、壓阻式、力（力矩）平衡式、電感式和應變式等。目前埕島油田在用的主要是兩線制壓阻式電動壓力變送器 （有些配有顯示單元），輸出信號為 4～20mA。
2 壓力變送器原理
力學傳感器的種類繁多，應用Zui廣的是壓阻式壓力傳感器，它具有低價格、高精度以及較好的線性特征。
電阻應變片是一種將被測件上的應變轉換成一電信號的敏感器件，它是壓阻式應變傳感器的核心。應變片的工作原理是應變效應，即利用導體被壓縮或拉伸等所引起的機械變形而使其電參數（如阻值）發生相應變化。 為了把被變換量轉換成應變，需要一定的敏感元件，稱之為彈性元件 [3] 。 通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉換和CPU 顯示）或執行機構。
電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。 金屬導體的電阻值可用下式表示：
R=ρ×L/S
式中 ρ —金屬導體的電阻率（ Ω · cm 2 /m ）
S —導體的截面積（ cm 2 ）
L —導體的長度（ m ）
以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。 當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。 只要測出加在電阻上電壓的變化，即可獲得應變金屬絲的應變情況。
3 壓力變送器檢定時的設備連接方式
（ 1 ）輸出部分連接
輸出部分按正常電路回路接線， 負載電阻原則上 ≥250Ω ，電源電壓 24V ，如圖 2 所示。
稱重壓力變送器
（ 2 ）輸入部分連接
按照檢定裝置流程規定進行連接，如圖 3 所示。
稱重壓力變送器
JJG 882-2004 關于壓力變送器檢定的要求 [2]
1 環境條件
（ 1 ）環境溫度：（ 20±5 ） ℃ ，每 10min 變化不大于1℃ ，相對濕度： 45%～75% 。
（ 2 ）環境應無影響輸出穩定的機械震動。
（ 3 ）環境周圍除地磁場外，無影響變送器正常工作的外磁場。
2 電源電流條件
交流供電的壓力變送器， 其變化值不超過額定值的 ±1% ，頻率變化不超過額定值的 ±1% 。 直流供電壓力變送器， 24V 其電壓變化不超過額定值 ±1% 。 直流電流表 0.01～0.05 級。
3 檢定設備條件
壓力標準器 0.02 級 ～0.01 級。 成套后的標準器，包括整個檢定設備在內檢定時引入的擴展不確定度U95 應不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/4 。 對 0.1 級和 0.05 級壓力變送器，由此引入的擴展不確定度 U95 應不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/3 [2] 。
HX6100 多功能智能壓力檢定系統概述
1 系統概述
HX6100 多功能智能壓力檢定系統是按 JJG882-2004 要求設計，以高精度多量程數字壓力計為主體，配備獨立電動自動造壓系統（液壓、氣壓、真空）及電壓電流輸出、測量部分構成，具有全量程壓力測量、直流電壓、電流、開關量測量和 24V 輸出等諸多功能，具有獨立大屏幕 LCD 顯示窗，操作直觀，各造壓系統操作簡單、維護方便、不易泄漏且穩定速度快， 主要用于壓力變送器檢定也可用于精密壓力表、普通壓力表的檢定，自動化程度高。
2 系統組成
（ 1 ）測量范圍和精度
HX6100 多功能智能壓力檢定系統測量范圍及精度根據所選壓力模塊，可滿足 -0.1～60MPa 壓力測量。
電流測量：（ 0～25 ） mA ； 靈敏度 1μA ； 準確度0.03%RD+0.02%F.S 。 符合 JJG882-2004 關于電流測量要求。
電壓測量：（ 0～25 ） V ； 靈敏度 1mV ； 準確度0.03%RD+0.02%F.S 。
DC24V 輸出：儀表電源（ ≤1000mA ）；準確度1%F.S 。 符合 JJG 882-2004 關于電源電壓要求。
系統工作環境：環境溫度（ 20±5 ） ℃ ；相對濕度 ≤80% 。 符合 JJG 882-2004 關于環境條件的要求。
（ 2 ）電動壓力源造壓參數
電動氣壓源：造壓范圍（ 0～1.2 ） MPa ，連續可調，通過手動增壓可調節到 2.5MPa 。 穩定度： 0.05%F.S 。
電動液壓源：造壓范圍（ 0～60 ） MPa ，連續可調，穩定度： 0.05%F.S 。
電動真空源：造壓范圍（ -0.098～0 ） MPa ，連續可調，穩定度： 0.05%F.S 。
符合 JJG 882-2004 關于壓力標準器的要求。
（ 3 ）系統不確定度
對于生產現場所用的 0.2 級壓力變送器， 其允許誤差限的絕對值為 0.032mA ， 實驗室測得該系統總的擴展不確定度為 0.0068mA ，不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/4 。 根據 JJG 882-2004 ，該系統標準器的選擇符合規范要求。
3 系統工作原理
以高精度多量程智能數字壓力計為主體，配備電動造壓系統和電壓、電流輸出及測量部分，構成多功能壓力變送器檢定系統，校驗時，將數字壓力模塊和被檢壓力變送器接入與校驗系統管路相連的快速接頭，升壓閥調節升壓，卸壓閥調節降壓（儀表回檢過程使用），利用調節閥精確調節至所需壓力值，壓力信號施加于壓力模塊，輸出相應響應電信號，經放大后進行 A/D 變換 , 由微處理器進行數據采集、修正和校正，由智能數字壓力計顯示壓力值，通過比對法比較標準壓力、 輸出電流與被檢表示值。 如圖 4 所示。
稱重壓力變送器
JJG 882-2004 壓力變送器檢定規范在 HX6100 系統中的應用
1 系統重復性誤差實驗
選一臺性能穩定可靠的壓力變送器 （型號 :3051 、量程： 0～10MPa 、輸出電流：（ 4～20 ） mA 、 0.2 級、編號： 4761056 ）作被測對象。
根據 JJG 882-2004 檢定規程提供的方法 , 對輸出量程 100% 處（ 20mA ）的檢定點 , 在重復條件下連續測量 10 次 , 分別以升壓和降壓的方式各測量 5次，計算測量值的實驗標準偏差。測量結果如表 1 所示。
稱重壓力變送器
計算結果 :S(A)=0.001 2mA S(P)=0.000 8Mpa
本裝置重復性誤差小于Zui大允許誤差的絕對值0.032mA ， 所以本系統的重復性誤差是符合 JJG882-2004 規程要求的 [4] 。
2 系統穩定性實驗
每隔 1 個月， 用該標準裝置進行一組 6 次的測量，取其算術平均值作為該組的測量結果。 共觀測 5組。 測量結果之差，作為穩定性指標。 穩定性應小于計量標準的擴展不確定度。 用上述壓力變送器做被測對象。 在 10MPa （ 20mA ）測得數據如表 2 所示。
│A 平均 (max)-A 平均 (min)│=0.0007mA
│P 平均 (max)-P 平均 (min)│=0.000 5Mpa
稱重壓力變送器
該裝置穩定性小于系統擴展不確定度 0.006 8mA ，所以本系統的重復性誤差是符合 JJG 882-2004要求的 [4] 。
3 系統不確定度驗證
采用傳遞比較法對不確定度進行驗證。 用上述壓力變送器作被測對象。 本系統檢定裝置（ 0.05 級，擴展不確定度 0.006 8mA ） 與上一級檢測站（ 0.02級，擴展不確定度 0.004 6mA ）的檢定裝置測量被測壓力變送器 , 對比結果如表 3 所示。
稱重壓力變送器
稱重壓力變送器
稱重壓力變送器 ，符合 JJF 1033－2008 計量標準考核規范要求，系統測量不確定度得到驗證 [4] 。
結 語
HX6100 多功能智能壓力檢定系統是以高精度多量程數字壓力計為主體，準確度高，經過現場應用評價， 該 0.05 級壓力變送器檢定系統不確定度、穩定性、重復性符合 JJG 882-2004 壓力變送器檢定規范和 JJF 1033－2008 計量標準考核規范要求， 在壓力變送器檢定中具有較好的準確性、 穩定性和實用性，可以有效的減輕壓力變送器的檢定工作強度。
[ 參考文獻 ]
[1] 羅來勇 . 壓力計量手冊 [M]. 濟南 : 山東大學出版社 ,1992.
[2] JJG 882-2004 壓力變送器 [S].
[3] 王立吉 . 計量學基礎 ( 修訂版 )[M]. 北京 : 中國計量出版社 ,1997.
[4] JJF 1033-2008 計量標準考核規范 [S].
隨著現代科學技術的不斷進步，國內外在壓力計量測試技術和控制系統中，已廣泛采用現代測試技術 , 從而使壓力傳感器應運而生。 壓力傳感器是一種能夠感受（或相應）壓力物理量并按照一定規律轉換成可用信號輸出的器件或裝置，當輸出為規定的標準壓力信號時，則稱為壓力變送器 [1] 。 可見壓力變送器是一種將壓力變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，而且其輸出信號與壓力變量之間有一給定的連續函數關系（通常為線性函數）。 其主要用于工業過程壓力參數的測量和控制，在自動化控制系統中發揮著日益重要的作用。
隨著勝利埕島油田的深入開發和生產自動化程度的逐年提高，壓力變送器被廣泛應用于海上油井生產監控、地面輸送和儲運設備中，已經有千余件各類壓力變送器投入原油生產的各個環節，在原油生產中起到了不可替代的作用。 為了對原油生產控制提供可靠、穩定的信號數據，保證原油生產平穩、安全運行，對壓力變送器的安全、準確檢定，需要找到有一種符合 JJG 882-2004 國家規范要求， 安全、穩定、準確度高、自動化程度密集、可操作性強的檢定系統來實現對油田壓力變送器的檢定工作。
壓力變送器概述
1 壓力變送器組成
壓力變送器有電動和氣動兩大類。 電動壓力變送器標準輸出信號主要為 0～10mA 和 4～20mA （或1～5V ）的直流電信號。 氣動的標準輸出信號主要為20～100kPa 的氣體壓力。
壓力變送器通常由兩部分組成：感壓單元、信號處理轉換單元。有些變送器增加了顯示單元。有些還有現場總線功能。 壓力變送器的結構原理如圖 1 所示 [2] 。
稱重壓力變送器
壓力變送器可分為電容式、諧振式、壓阻式、力（力矩）平衡式、電感式和應變式等。目前埕島油田在用的主要是兩線制壓阻式電動壓力變送器 （有些配有顯示單元），輸出信號為 4～20mA。
2 壓力變送器原理
力學傳感器的種類繁多，應用Zui廣的是壓阻式壓力傳感器，它具有低價格、高精度以及較好的線性特征。
電阻應變片是一種將被測件上的應變轉換成一電信號的敏感器件，它是壓阻式應變傳感器的核心。應變片的工作原理是應變效應，即利用導體被壓縮或拉伸等所引起的機械變形而使其電參數（如阻值）發生相應變化。 為了把被變換量轉換成應變，需要一定的敏感元件，稱之為彈性元件 [3] 。 通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉換和CPU 顯示）或執行機構。
電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。 金屬導體的電阻值可用下式表示：
R=ρ×L/S
式中 ρ —金屬導體的電阻率（ Ω · cm 2 /m ）
S —導體的截面積（ cm 2 ）
L —導體的長度（ m ）
以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。 當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。 只要測出加在電阻上電壓的變化，即可獲得應變金屬絲的應變情況。
3 壓力變送器檢定時的設備連接方式
（ 1 ）輸出部分連接
輸出部分按正常電路回路接線， 負載電阻原則上 ≥250Ω ，電源電壓 24V ，如圖 2 所示。
稱重壓力變送器
（ 2 ）輸入部分連接
按照檢定裝置流程規定進行連接，如圖 3 所示。
稱重壓力變送器
JJG 882-2004 關于壓力變送器檢定的要求 [2]
1 環境條件
（ 1 ）環境溫度：（ 20±5 ） ℃ ，每 10min 變化不大于1℃ ，相對濕度： 45%～75% 。
（ 2 ）環境應無影響輸出穩定的機械震動。
（ 3 ）環境周圍除地磁場外，無影響變送器正常工作的外磁場。
2 電源電流條件
交流供電的壓力變送器， 其變化值不超過額定值的 ±1% ，頻率變化不超過額定值的 ±1% 。 直流供電壓力變送器， 24V 其電壓變化不超過額定值 ±1% 。 直流電流表 0.01～0.05 級。
3 檢定設備條件
壓力標準器 0.02 級 ～0.01 級。 成套后的標準器，包括整個檢定設備在內檢定時引入的擴展不確定度U95 應不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/4 。 對 0.1 級和 0.05 級壓力變送器，由此引入的擴展不確定度 U95 應不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/3 [2] 。
HX6100 多功能智能壓力檢定系統概述
1 系統概述
HX6100 多功能智能壓力檢定系統是按 JJG882-2004 要求設計，以高精度多量程數字壓力計為主體，配備獨立電動自動造壓系統（液壓、氣壓、真空）及電壓電流輸出、測量部分構成，具有全量程壓力測量、直流電壓、電流、開關量測量和 24V 輸出等諸多功能，具有獨立大屏幕 LCD 顯示窗，操作直觀，各造壓系統操作簡單、維護方便、不易泄漏且穩定速度快， 主要用于壓力變送器檢定也可用于精密壓力表、普通壓力表的檢定，自動化程度高。
2 系統組成
（ 1 ）測量范圍和精度
HX6100 多功能智能壓力檢定系統測量范圍及精度根據所選壓力模塊，可滿足 -0.1～60MPa 壓力測量。
電流測量：（ 0～25 ） mA ； 靈敏度 1μA ； 準確度0.03%RD+0.02%F.S 。 符合 JJG882-2004 關于電流測量要求。
電壓測量：（ 0～25 ） V ； 靈敏度 1mV ； 準確度0.03%RD+0.02%F.S 。
DC24V 輸出：儀表電源（ ≤1000mA ）；準確度1%F.S 。 符合 JJG 882-2004 關于電源電壓要求。
系統工作環境：環境溫度（ 20±5 ） ℃ ；相對濕度 ≤80% 。 符合 JJG 882-2004 關于環境條件的要求。
（ 2 ）電動壓力源造壓參數
電動氣壓源：造壓范圍（ 0～1.2 ） MPa ，連續可調，通過手動增壓可調節到 2.5MPa 。 穩定度： 0.05%F.S 。
電動液壓源：造壓范圍（ 0～60 ） MPa ，連續可調，穩定度： 0.05%F.S 。
電動真空源：造壓范圍（ -0.098～0 ） MPa ，連續可調，穩定度： 0.05%F.S 。
符合 JJG 882-2004 關于壓力標準器的要求。
（ 3 ）系統不確定度
對于生產現場所用的 0.2 級壓力變送器， 其允許誤差限的絕對值為 0.032mA ， 實驗室測得該系統總的擴展不確定度為 0.0068mA ，不超過被檢壓力變送器Zui大允許誤差絕對值的 1/4 。 根據 JJG 882-2004 ，該系統標準器的選擇符合規范要求。
3 系統工作原理
以高精度多量程智能數字壓力計為主體，配備電動造壓系統和電壓、電流輸出及測量部分，構成多功能壓力變送器檢定系統，校驗時，將數字壓力模塊和被檢壓力變送器接入與校驗系統管路相連的快速接頭，升壓閥調節升壓，卸壓閥調節降壓（儀表回檢過程使用），利用調節閥精確調節至所需壓力值，壓力信號施加于壓力模塊，輸出相應響應電信號，經放大后進行 A/D 變換 , 由微處理器進行數據采集、修正和校正，由智能數字壓力計顯示壓力值，通過比對法比較標準壓力、 輸出電流與被檢表示值。 如圖 4 所示。
稱重壓力變送器
JJG 882-2004 壓力變送器檢定規范在 HX6100 系統中的應用
1 系統重復性誤差實驗
選一臺性能穩定可靠的壓力變送器 （型號 :3051 、量程： 0～10MPa 、輸出電流：（ 4～20 ） mA 、 0.2 級、編號： 4761056 ）作被測對象。
根據 JJG 882-2004 檢定規程提供的方法 , 對輸出量程 100% 處（ 20mA ）的檢定點 , 在重復條件下連續測量 10 次 , 分別以升壓和降壓的方式各測量 5次，計算測量值的實驗標準偏差。測量結果如表 1 所示。
稱重壓力變送器
計算結果 :S(A)=0.001 2mA S(P)=0.000 8Mpa
本裝置重復性誤差小于Zui大允許誤差的絕對值0.032mA ， 所以本系統的重復性誤差是符合 JJG882-2004 規程要求的 [4] 。
2 系統穩定性實驗
每隔 1 個月， 用該標準裝置進行一組 6 次的測量，取其算術平均值作為該組的測量結果。 共觀測 5組。 測量結果之差，作為穩定性指標。 穩定性應小于計量標準的擴展不確定度。 用上述壓力變送器做被測對象。 在 10MPa （ 20mA ）測得數據如表 2 所示。
│A 平均 (max)-A 平均 (min)│=0.0007mA
│P 平均 (max)-P 平均 (min)│=0.000 5Mpa
稱重壓力變送器
該裝置穩定性小于系統擴展不確定度 0.006 8mA ，所以本系統的重復性誤差是符合 JJG 882-2004要求的 [4] 。
3 系統不確定度驗證
采用傳遞比較法對不確定度進行驗證。 用上述壓力變送器作被測對象。 本系統檢定裝置（ 0.05 級，擴展不確定度 0.006 8mA ） 與上一級檢測站（ 0.02級，擴展不確定度 0.004 6mA ）的檢定裝置測量被測壓力變送器 , 對比結果如表 3 所示。
稱重壓力變送器
稱重壓力變送器
稱重壓力變送器 ，符合 JJF 1033－2008 計量標準考核規范要求，系統測量不確定度得到驗證 [4] 。
結 語
HX6100 多功能智能壓力檢定系統是以高精度多量程數字壓力計為主體，準確度高，經過現場應用評價， 該 0.05 級壓力變送器檢定系統不確定度、穩定性、重復性符合 JJG 882-2004 壓力變送器檢定規范和 JJF 1033－2008 計量標準考核規范要求， 在壓力變送器檢定中具有較好的準確性、 穩定性和實用性，可以有效的減輕壓力變送器的檢定工作強度。
[ 參考文獻 ]
[1] 羅來勇 . 壓力計量手冊 [M]. 濟南 : 山東大學出版社 ,1992.
[2] JJG 882-2004 壓力變送器 [S].
[3] 王立吉 . 計量學基礎 ( 修訂版 )[M]. 北京 : 中國計量出版社 ,1997.
[4] JJF 1033-2008 計量標準考核規范 [S].
