压力表计量基础知识讲座

戴孝华/上海市计量测试技术研究院

压力表计量基础知识讲座

戴孝华/上海市计量测试技术研究院

第七讲 精密压力表的检定（上）

1 检定依据

JJG 2023-1989《压力计量器具》国家计量检定系统表和JJ G49-2013《弹簧管式精密压力表和真空表》国家计量检定规程。

对于这两条依据，我国计量法上已有过精辟的阐述：“计量检定必须按照国家计量检定系统表进行，国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。计量检定必须执行计量检定规程，国家计量检定规程由国务院计量行政部门制定。”因此，精密压力表的计量检定人员必须明白：检定规程是计量检定的依据（请注意：计量器具的校准依据是校准规范，不是检定规程；在没有校准规范条件下，可以“参考检定规程”）。

国际计量检定规程定义：由国家计量主管部门组织制定并批准颁布，在全国范围内施行，作为计量器具特性评定和法制管理的计量技术法规（JJF 1001—2011）。

国家检定系统表是从国家基准到各级计量标准再到工作计量器具的检定主从关系所制定的技术规范。只有执行国家检定系统表,才能把全国各地区、各部门、各企事业单位所使用的不同准确度等级、不同测量范围的计量器具,科学合理地组织起来,使测量结果在最大允许误差范围内达到量值准确一致。计量检定按照检定系统进行，不仅可确保计量器具的准确度，还可避免使用过高准确度的计量标准检定低准确度的计量标准，同时还可以指导企业、事业单位实现量值传递和溯源工作。

国家计量检定规程的定义是：为评定计量器具特性、确定计量器具法定地位的技术规范。

精密压力表国家计量检定规程，在全国范围内施行，精密压力表计量检定人员执行计量检定规程是计量法赋予的职责，是一种执法行为，具有社会责任。

2 准确度等级和最大允许误差的关系

见表1。

表1 准确度等级和最大允许误差

从表1中可知：

1）精密压力表的准确度等级分为0.1、0.16、0.25、0.4、0.6五个级别,0.6级作为降级使用。

2）精密压力表的最大允许误差按量程（测量上限 - 测量下限）的百分数 % 计算。

3）准确度等级（分度盘上小圆圈里的数字），表示该精密压力表的最大允许误差为按量程的百分数计算的量值。如0.4级、测量范围为0 ～ 100 MPa精密压力表，即表示该精密压力表的最大允许误差为100 MPa的± 0.4%,即 ± 0.4 MPa。

4）检定规程中使用“准确度等级”、“最大允许误差”术语，国家标准（GB/T 1227—2010）中使用“精确度等级”、“基本误差限”术语，它们可以等同使用。

5）最大允许误差的计算方法： Δ = ± 准确度等级 × 量程 。

最大允许误差的定义，见JJF 1001—2011的7.27。

3 计量性能要求

3.1 示值误差

在测量范围内，任一个检定点的示值误差，均不大于最大允许误差。

精密压力表的示值误差就是精密压力表的示值与标准器（如，活塞式压力计）示值之差，它反映了精密压力表的基本特性。示值误差可用绝对误差或引用误差表示。

3.2 回程误差

在测量范围内，任一个检定点的回程误差，均不大于最大允许误差的绝对值。

回程误差定义是：在同一个检定点上,减压时（反行程）的示值与加压时（正行程）示值之差。这是从反、正行程来定义的，按照这个定义，回程误差就有正负号之分。

由于回程误差是弹性元件弹性滞后特性的反映，正负号没有实际意义，为了计算方便，在实际计量检定时，不考虑行程计算顺序，而用绝对值表示。

3.3 轻敲位移

轻敲表壳前、后，指针指示值的变动量，均不大于最大允许误差绝对值的1/2。

对精密压力表的轻敲位移要求，与回程误差道理一样，为了计算方便，在实际计量检定时，也不考虑轻敲表壳前、后或轻敲表壳后、前的计算顺序，而用绝对值表示。

3.4 指针偏转平稳性

在测量范围内，指针偏转应平稳，应无跳动和卡住现象。

这项性能指标，主要是针对精密压力表内部零部件的安装质量提出的。所以要求指针在正反行程偏转过程中，指针不能有跳动和卡住现象。

4 300分格精密压力表的性能要求

见表2。

表2 300分格精密压力表的性能要求

精密压力表国家标准（GB/T 1227－2010）中已没有300分格精密压力表的内容（即国内已不生产300分格精密压力表了），考虑到有些单位仍在使用300分格旧表，为此，检定规程中保留了这项内容。表2所示1～5项性能要求的最大允许误差不是用引用误差表示的，而是用“格值”表示的。

5 通用技术要求

5.1 外观

1) 外形，对精密压力表零部件安装牢固性和新制造的压力表涂层的光洁性提出了要求。

2) 标志，对精密压力表表盘上应具有的数字、符号提出了要求。

3) 读数部分，分别对表玻璃的透明性、分度盘上标志的齐全和清晰性、指针的长度和刀口的宽度提出了要求。

4) 测量上限量值数字，即1×10n、1.6×10n、2.5 ×10n、4×10n、6×10n（其中，n可以是正数、负数或零），这个量值数字是一个“系列数字”，每一块精密表的测量上限一定要从中选用，以满足系列化要求。

5) 分度值，即1×10n、2×10n、5×10n（其中，n可以是正数、负数或零），也是一个“系列数字”，每一块精密压力表的分度盘上的分度值一定要从中选择，以满足系列化要求。分度值（标尺间隔）定义：对应两相邻标尺标记的两个值之差（见JJF 1001-2011.6.18）。请注意：定义中用的是“两相邻标尺标记”语句，所以，分度值不存在“最小”、“最大”的说法。

6）准确度等级，准确度等级的约定数字为0.1、0.16、0.25、0.4、0.6，可见，约定数字也是一个“系列数字”，精密压力表的约定数字一定要从中选用，以满足系列化要求。

5.2 调零装置

根据精密压力表国家标准规定，0.25级以上的精密表应装有调零装置，其作用是以弥补准确度高给制造带来的难度。调零范围由制造商设计，计量检定人员应会正确使用调零装置。

5.3 微调器

微调器可以使指针精确对准分度盘上的分度线，微调器使用中应灵活，并不会脱落。

6 检定内容

6.1 环境条件

6.1.1 选择标准器的要求

标准器的最大允许误差绝对值应不大于被检表最大允许误差绝对值的1/4（可简称量传比）。请注意：是误差之比的要求，不是准确度之比的要求。

检定精密压力表一般使用0.05级活塞式压力计或数字压力计作标准器，推荐几种使用的标准器，见表3。

表3 选用的标准器

6.1.2 检定温度和湿度

0.1 、0.16、0.25级精密压力表的检定温度为（20 ±2）℃；

0.4 、0.6级精密压力表的检定温度为（20±3）℃；

相对湿度不大于85%；

大气压力为86 ～ 106 kPa。

这里的环境条件是保证精密压力表的示值误差、回程误差、轻敲位移满足计量性能要求的条件。

当工作环境温度偏离检定温度时，精密压力表就会产生附加示值误差，附加示值误差有公式计算，注意附加示值误差是不能修正的。

6.1.3 工作介质

测量上限不大于0.25 MPa的精密压力表，工作介质为清洁的空气或无毒、无害和化学性能稳定的气体。

测量上限大于0.25 MPa的精密压力表，工作介质为无腐蚀性的液体，例如，对测量范围为0.06 ～0.6 MPa和0.1 ～ 6 MPa的活塞式压力计，使用的工作介质是变压器油和煤油的混合液；对测量范围为1 ～ 60 MPa和5 ～ 250 MPa的活塞式压力计，使用的工作介质不再使用蓖麻油，而使用葵二酸脂；对测量上限为400 ～ 1 000 MPa 的精密压力表，使用的工作介质是药用甘油和乙二醇的混合液。

测量上限不大于2.5 MPa、实际上是用于测量气体压力的精密压力表，工作介质为气体。

6.2 检定项目

精密压力表的首次检定、后续检定和使用中检验项目，见表4。

6.3 检定结果的处理

检定合格的精密压力表，出具检定证书，并给出合格的准确度等级。对300分格的精密压力表，检定证书上应给出检定格数。

表4 检验项目

检定不合格的精密压力表，出具检定结果通知书，并注明不合格项目和内容。

检定不合格的0.4级精密压力表，如果客户需要，允许作降级处理，准确度等级可以不用更改。

6.4 检定周期

精密压力表的检定周期一般不超过1 a。这里规定的“一般不超过1 a”，其含义是“最长不超过1 a”，平时可根据使用的频繁程度和环境温度条件的变化随时进行检定。

7 检定方法

7.1 外观

目测检查。

7.2 示值误差

7.2.1 检定前的准备

1）选择标准器

选择标准器的方法是按照被检定的精密压力表的测量范围、准确度等级及量传比的要求进行选择的。

通常检定精密压力表时，多选用活塞式压力计作标准器，最大允许误差的计算方法见表5。

表5 最大允许误差的计算

由表5可以看出，在计算活塞式压力计的最大允许误差时，有一条分界线，即测量上限的10%处，这一分界线。

例如，准确度等级为0.05级、测量范围为1～ 60 MPa的活塞式压力计最大允许误差（缩写为MPE）的计算数据，见表6。

由表6可以看出，测量上限10%的压力值为6 MPa，最大允许误差为 ±6×0.05%＝±0.003 MPa（第五讲中的表6中取绝对值），所以，1 ～ 6 MPa压力值的最大允许误差都是±0.003 MPa，它是按引用误差计算出来的，大于6 MPa压力值的最大允许误差是按压力实际值计算出来的。如果使用数字压力计作标准器就不存在这个问题，因为数字压力计的最大允许误差是用引用误差表示的。

表6 活塞式压力计最大允许误差的计算数据 单位：MPa

举例说明。

例1：现有一块准确度等级为0.4级、测量范围为0 ～ 25 MPa的精密压力表需要进行检定，如何选择标准器？

根据检定规程规定：量传比需要满足不大于1/4的要求。则精密压力表的最大允许误差绝对值为Δ=0.4%×25 MPa =0.1 MPa，那么1/4 为 0.025 MPa，按照常规要求（见表3），要选择准确度等级为0.05级、测量范围为1 ～ 60 MPa的活塞式压力计作标准器，活塞式压力计的最大允许误差绝对值为Δ′= 0.05% ×25 MPa = 0.012 5 MPa ＜ 0.025 MPa，所以满足要求，而且量传比达到1/8，余量很大。

例2：再有一块准确度等级为0.25级、测量范围为0 ～ 25 MPa的精密压力表需要进行检定，如何选择标准器？

按例1的方法，精密压力表的最大允许误差的绝对值为 Δ= 0.25%×25 MPa = 0.062 5 MPa，那么1/4为0.015 6 MPa。现在仍然选择例1中使用的活塞式压力计，同理，活塞式压力计的最大允许误差的绝对值为 Δ′ = 0.05%×25 MPa = 0.012 5 MPa，该值小于0.015 6 MPa，刚好满足要求。

由两例可知，检定测量范围相同0 ～ 25 MPa、准确度等级不同（0.4级、0.25级）的两块精密压力表，选择准确度等级相同（0.05级）、测量范围相同1 ～60 MPa的活塞式压力计都能满足要求。但是，用这种方法选择标准器，每一块精密压力表都需要计算一次，这显然要增加工作量。为了方便计量检定人员选择标准器，将18种测量上限和4种准确度等级精密压力表的最大允许误差值列于表7和表8。

从表7可以知道，准确度等级为0.05级的活塞式压力计的最大允许误差绝对值皆小于0.4级和0.25级精密压力表的最大允许误差绝对值的1/4，可以放心地使用活塞式压力计作标准器。

从表7可以发现一个很有趣的现象，即，活塞式压力计最大允许误差绝对值刚好是0.4级精密压力表最大允许误差绝对值的一半，即量传比是1/8，所以，用准确度等级为0.05级的活塞式压力计检定0.4级精密压力表，示值误差的准确性是非常可靠的。用准确度等级为0.05的活塞式压力计检定0.25级精密压力表时，量传比是1/5，比规程中要求的1/4稍有余量，所以，示值误差的准确性也是可靠的。从表7又可知道，准确度等级为0.05级的活塞式压力计的最大允许误差绝对值大于0.16级精密压力表的最大允许误差绝对值的1/4，因此不能选作标准器使用，此时应选择准确度等级再高一个等级（0.02级）的活塞式压力计作标准器。

表7 测量上限与最大允许误差值 单位：MPa

从表8可以知道，准确度等级为0.02级的活塞式压力计的最大允许误差绝对值都小于0.16级和0.1级精密压力表最大允许误差绝对值的1/4，因此可以选作标准器使用。在表7中发现的有趣现象，在表8中也同样出现了，因此，活塞式压力计和精密压力表的测量范围上限系列以及准确度等级系列的确定是非常科学的。表7和表8的数据说明，精密压力表的检定人员可以大胆地使用0.05级和0.02级活塞式压力计作为标准器，但选择的标准器应在检定周期内使用。

表8 测量上限与最大允许误差值 单位：MPa

检定真空精密压力表时，一般选用双活塞式压力计和活塞式压力真空计作标准器。

2）选择和搭建检定装置

检定精密压力表首先考虑选择活塞式压力计作标准器，这就是说活塞式压力计是检定精密压力表的检定装置。如图1所示，它由底座、管道、连通接头、手摇泵（压力发生器）、活塞系统(标准器)和专用砝码组成。精密压力表安装在活塞式压力计的接头上进行检定（如图2所示）；如选择数字压力计作标准器，需要重新搭建检定装置，用管道、连通接头、压力发生器、数字压力计按图3连接成符合要求的检定装置。

图1 活塞式压力计—精密压力表检定装置

图2 活塞式压力计检定精密压力表

图3 检定装置连接示意图

图3中，检定装置由1 ～ 4组成。5为被检压力表，用虚线框起来，表示不属于检定装置的内容。

使用活塞式压力计检定精密压力表，如果工作介质为液体，需要排除管道内空气；如果精密压力表的测量上限小于或等于0.6 MPa，应考虑液位差产生的附加压力（不是附加误差）。

3）实验室环境要求

环境温度，即检定温度，应在检定规程规定的范围内。应注意的是，检定温度不仅要满足精密压力表的要求，更要满足活塞式压力计的要求。

4）对检定人员的要求

检定人员必须熟悉活塞式压力计的工作原理和操作方法及精密压力表的结构原理、熟悉检定规程内容；应具有误差和测量不确定度评定的基础知识，能熟练计算最大允许误差和示值误差，并持有检定员证才能从事检定工作。

7.2.2 示值误差检定方法

示值误差检定方法是应用帕斯卡原理、采用直接比较的方法进行的，即精密压力表的压力示值与活塞式压力计的压力示值相比较的方法，两者压力示值的差值即为精密压力表的示值误差。

正式检定操作前，应做好几件准备工作：活塞式压力计安放在牢固的工作台上，计量性能符合规程要求，结构上能正常工作，并在检定周期内使用，工作介质符合要求；精密压力表性能、结构正常。然后，通过活塞压力计基座下面的4只调节螺钉和调节水平“气泡”，将活塞压力计调整到水平状态。

具体的检定步骤是：先将油杯阀门打开，让精密压力表和活塞式压力计通大气，精密压力表指示为零，关闭进油阀门，在活塞式压力计上加载产生第一个检定点压力的专用砝码，用手摇压力泵从零点开始缓慢而均匀地加压（检定人员应很好地掌握加压速度），使精密压力表和活塞式压力计同时达到第一个检定点的压力（压力慢慢接近第一个检定点，避免压力冲过头），活塞和砝码被顶起来，用手指顺时针方向转动砝码，使转速达到30 ～ 60 r/min范围内，同时使活塞处于工作位置，精密压力表指针指示在第一个检定点的示值附近，待压力稳定后，读取精密压力表的示值（第一次读数），然后用手指轻敲表壳，指针摆动后停下，再次读取精密压力表的示值（第二次读数），均按分度值的1/10估读，并记录精密压力表和活塞式压力计的示值，至此，完成第一个检定点的正行程检定工作。按此方法对其余各检定点依次加压检定，直至测量上限完成检定。然后，关闭精密压力表的压力源阀门，在测量上限耐压

3 min,同时卸掉活塞系统的压力（其目的是保护活塞系统）。耐压3 min后，给活塞系统加压力到测量上限，打开精密压力表的压力源阀门，从测量上限开始检定，然后缓慢均匀地减压，按原检定点反行程逐点进行检定，直到零点。反行程检定时，同样需要轻敲表壳，两次记取精密压力表的示值。

对每一个检定点，正行程轻敲表壳前、后各记取一次示值读数，反行程轻敲表壳前、后各记取一次示值读数，共有4次。对0.6级、0.4级压力表，只进行一个正反行程循环检定，共有4次示值读数；对0.25级、0.16级压力表进行两个循环检定，共有8次示值读数；对0.1级压力表，进行三个循环检定，共有12次示值读数。当用平均数作为检定结果时，应进行数据修约。

精密压力表示值误差的两种计算方法（最大允许误差公式已在本文2条中给出）：

1）绝对误差计算：

式中：Δp— 精密压力表每个检定点的示值误差；

p— 精密压力表每个检定点的示值；

p0— 活塞式压力计的示值

2）引用误差计算：

式中：δp— 精密压力表的引用误差；

Δp— 精密压力表的示值误差；

p— 精密压力表的量程

7.2.3 回程误差检定方法

与示值误差检定方法同时进行，即利用示值误差检定过程中读取的示值， 对同一个检定点，取正反行程轻敲表壳后的示值的差值作为回程误差。回程误差应不大于最大允许误差的绝对值。

7.2.4 轻敲位移检定方法

与示值误差检定方法同时进行，即利用示值误差检定过程中读取的示值，对每一个检定点，取正反行程轻敲表壳前、后示值的差值作为轻敲位移。轻敲位移均应不大于最大允许误差绝对值的1/2。

7.2.5 指针偏转平稳性检查

在示值误差正反行程检定过程中，指针的偏转应平稳，无跳动和卡住现象。

请注意：JJG 49—2013规程附录A表格中，缺少“轻敲前被检仪表示值”内容，现场无法直接看出“示值误差”，建议自己设计一份“检定记录单”。

（未完待续）