检定数字压力计影响测量结果因素的探讨

常　萱　邓　云

(1. 云南省计量测试技术研究院，昆明 650228；2. 云南省德宏州质量技术监督综合检测中心，德宏 678400)

0　引言

数字压力计是以数字形式实现压力测量结果的显示。它与传统的压力仪器相比，实现了压力测量的连续性和直观性，具有速度快、灵敏度高、准确性高等优点。近年来，随着科学技术的发展和实际应用的需要，国内外生产厂家已经研制生产出一些高准确度、多功能、多参数(可测量直流电压、直流电流)的数字压力计，代替了早期只能将压力测量结果用数字显示出来的数字压力计，从而使数字压力计更加具有实用性，数字压力计在最佳测量能力上优于其他压力测量仪器，数字压力计的检定数量逐年增加。但是对数字压力计检定和使用中所复现压力值的不确定度受到空气密度、测量地重力加速度、环境温度、工作介质高度差、安装倾斜程度等因素的影响不容忽视。本文针对以上引起误差的因素进行分析，提出了较为合理的修正方法。

1　空气密度对数字压力计测量结果的影响

空气密度是最基本的物理量之一,与温度、海拔高度、湿度等物理量有关。通常采用的空气密度是指在0℃、标准大气压下的空气密度为1.293kg/m3。由于全国各地海拔高度和空气密度不同,使数字压力计在测量中引起的误差相差较大。另外，通常情况下，空气密度随大气压力的变化而变化。一般情况下，冬季的大气压力要比夏季的大气压力高些，阴天时的大气压力要比晴天时高些。所以，大气压力随一年四季气候的更迭及天气阴晴变化而变化，空气密度也随之变化，不能统一采用在0℃、绝对标准大气压下的空气密度1.293kg/m3，可根据式(1)计算出测量环境条件下的空气密度。例如，在室温(20±2)℃、相对湿度为57%、大气压为80.5～80.9kPa的环境条件下，空气密度为0.95～0.96kg/m3，与标准状态下的空气密度相差25.8%。

ρa=1.1851×10-2po

( 1 )

式中：ρa为使用环境下的空气密度(kg/m3)；po为测量地的大气压力 (kPa)。

用活塞式压力计检定数字压力计时，由空气柱带来的误差为：

Δp=ρagΔh

(2)

式中：Δp为被测压力值误差(Pa)；g为测量地的重力加速度，(m/s2)；Δh为测压点之间的高度差(m)。

根据式(2)计算结果，必须在活塞式压力计的承重盘上加上相应Δp压力值的小砝码进行空气密度带来的误差修正。根据实验数据证明，测压点之间高度差一定时，空气密度越大，空气柱带来的误差越大；被测数字压力计的测量上限越小，空气柱对测量结果影响越大。

2　传压流体(气体或液体)高度差对测量结果的影响

标准器活塞式压力计对数字压力计检定时的工作介质无论是气体还是液体，气柱或液柱高度差在重力作用下引起的测量误差都不容忽视，必须进行误差修正。对以液体为传压介质的活塞式压力计，目前主要有癸二酸脂、变压器油、变压器油与煤油混合为介质，由于不同的被测数字压力计其测压点不同，液柱高度差对压力的测量影响主要表现在测压环境下、测压点之间(实际测压点和要求的测压点)液柱高度差产生的压力，其大小为：

Δp=ρ1gΔh

(3)

式中：Δp为液柱高度差产生的压力(Pa)；ρ1为传压介质的密度(kg/m3)；g为测量地的重力加速度(m/s2)；Δh为活塞式压力计与数字压力计测压点之间的高度差(m)。

在测量中，当液体为传压介质时, 液柱高度差对压力的测量影响很大，产生的误差为系统误差，可以进行修正；传压介质为气体时，气体密度较小，该项误差也较小。

3　环境温度和湿度对数字压力计测量结果的影响

由于空气密度受海拔高度、测量环境温度和湿度变化的影响，密度高度是经非标准温度修正后的压力高度，导致稀薄空气的高密度高度的条件是高海拔高度、低大气压力、高温，检定数字压力计时所处环境条件的变化而引起测量误差。它主要是数字压力计制造材料的弹性元件随环境条件变化所引起的误差，因此制造材料应尽可能选取温度系数小的材料；另外工作介质的密度也会随温度变化而变化，比如纯水的温度从10℃上升到20℃时，其密度从999.7kg/m2减小到998.2kg/m2，相对变化量为0.15%。

4　重力加速度对数字压力计测量结果的影响

由式(2)可知，重力加速度g也是影响数字压力计测量准确度的原因之一,因此，当对数字压力计压力和差压要求较高时,需要准确地带入测量地的重力加速度值，才能使数字压力计得到准确的测量结果。

5　测量时的安装位置对数字压力计测量结果的影响

当数字压力计测量的安装位置不垂直时将会产生安装误差。比如数字压力计安装倾斜大约5°时，根据实验结果，数字压力计可产生大约0.38%的误差，导致实际值和读数值产生一定的偏差。

6　结束语

使用活塞式压力计为标准器测量数字压力计时，无论传压介质是液体还是气体，都存在空气密度、测量地重力加速度、环境温度、传压介质高度差、安装倾斜程度等对测量结果的影响，必须引起高度重视，应该根据不同的情况进行必要的误差计算和修正。

[1]JJG 59—2007活塞式压力计.北京：中国计量出版社，2007

[2]JJG 875—2005数字压力计.北京：中国计量出版社，2006

[3]王肖磊，等. 精密空气密度测量装置的研制. 计量技术，2010(10)

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[5]张国春. 数字压力计使用中应注意的问题. 计测技术，2012(1)