内容编辑压力变送器检定标准实验室应用初探
国家质量监督检验检疫总局于 2004 年 12 月 1日颁布实施了 JJG 882-2004 压力变送器检定规范，明确规定了压力变送器的检定要求，为工业企业压力变送器的检定提供了科学、统一的标准和指导原则， 并与 2008 年 9 月 1 日颁布实施了 JJF 1033-2008 计量标准考核规范，对计量标准的建立、考核做出了详细的规定。
随着现代科学技术的不断进步，国内外在压力计量测试技术和控制系统中，已广泛采用现代测试技术 , 从而使压力传感器应运而生。 压力传感器是一种能够感受（或相应）压力物理量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，当输出为规定的标准压力信号时，则称为压力变送器 [1] 。 可见压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，而且其输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数）。 其主要用于工业过程压力参数的测量和控制，在自动化控制系统中发挥着日益重要的作用。
随着胜利埕岛油田的深入开发和生产自动化程度的逐年提高，压力变送器被广泛应用于海上油井生产监控、地面输送和储运设备中，已经有千余件各类压力变送器投入原油生产的各个环节，在原油生产中起到了不可替代的作用。 为了对原油生产控制提供可靠、稳定的信号数据，保证原油生产平稳、安全运行，对压力变送器的安全、准确检定，需要找到有一种符合 JJG 882-2004 国家规范要求， 安全、稳定、准确度高、自动化程度密集、可操作性强的检定系统来实现对油田压力变送器的检定工作。
压力变送器概述
1 压力变送器组成
压力变送器有电动和气动两大类。 电动压力变送器标准输出信号主要为 0～10mA 和 4～20mA （或1～5V ）的直流电信号。 气动的标准输出信号主要为20～100kPa 的气体压力。
压力变送器通常由两部分组成：感压单元、信号处理转换单元。有些变送器增加了显示单元。有些还有现场总线功能。 压力变送器的结构原理如图 1 所示 [2] 。
称重压力变送器
压力变送器可分为电容式、谐振式、压阻式、力（力矩）平衡式、电感式和应变式等。目前埕岛油田在用的主要是两线制压阻式电动压力变送器 （有些配有显示单元），输出信号为 4～20mA。
2 压力变送器原理
力学传感器的种类繁多，应用Zui广的是压阻式压力传感器，它具有低价格、高精度以及较好的线性特征。
电阻应变片是一种将被测件上的应变转换成一电信号的敏感器件，它是压阻式应变传感器的核心。应变片的工作原理是应变效应，即利用导体被压缩或拉伸等所引起的机械变形而使其电参数（如阻值）发生相应变化。 为了把被变换量转换成应变，需要一定的敏感元件，称之为弹性元件 [3] 。 通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和CPU 显示）或执行机构。
电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。 金属导体的电阻值可用下式表示：
R=ρ×L/S
式中 ρ —金属导体的电阻率（ Ω · cm 2 /m ）
S —导体的截面积（ cm 2 ）
L —导体的长度（ m ）
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。 当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。 只要测出加在电阻上电压的变化，即可获得应变金属丝的应变情况。
3 压力变送器检定时的设备连接方式
（ 1 ）输出部分连接
输出部分按正常电路回路接线， 负载电阻原则上 ≥250Ω ，电源电压 24V ，如图 2 所示。
称重压力变送器
（ 2 ）输入部分连接
按照检定装置流程规定进行连接，如图 3 所示。
称重压力变送器
JJG 882-2004 关于压力变送器检定的要求 [2]
1 环境条件
（ 1 ）环境温度：（ 20±5 ） ℃ ，每 10min 变化不大于1℃ ，相对湿度： 45%～75% 。
（ 2 ）环境应无影响输出稳定的机械震动。
（ 3 ）环境周围除地磁场外，无影响变送器正常工作的外磁场。
2 电源电流条件
交流供电的压力变送器， 其变化值不超过额定值的 ±1% ，频率变化不超过额定值的 ±1% 。 直流供电压力变送器， 24V 其电压变化不超过额定值 ±1% 。 直流电流表 0.01～0.05 级。
3 检定设备条件
压力标准器 0.02 级 ～0.01 级。 成套后的标准器，包括整个检定设备在内检定时引入的扩展不确定度U95 应不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/4 。 对 0.1 级和 0.05 级压力变送器，由此引入的扩展不确定度 U95 应不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/3 [2] 。
HX6100 多功能智能压力检定系统概述
1 系统概述
HX6100 多功能智能压力检定系统是按 JJG882-2004 要求设计，以高精度多量程数字压力计为主体，配备独立电动自动造压系统（液压、气压、真空）及电压电流输出、测量部分构成，具有全量程压力测量、直流电压、电流、开关量测量和 24V 输出等诸多功能，具有独立大屏幕 LCD 显示窗，操作直观，各造压系统操作简单、维护方便、不易泄漏且稳定速度快， 主要用于压力变送器检定也可用于精密压力表、普通压力表的检定，自动化程度高。
2 系统组成
（ 1 ）测量范围和精度
HX6100 多功能智能压力检定系统测量范围及精度根据所选压力模块，可满足 -0.1～60MPa 压力测量。
电流测量：（ 0～25 ） mA ； 灵敏度 1μA ； 准确度0.03%RD+0.02%F.S 。 符合 JJG882-2004 关于电流测量要求。
电压测量：（ 0～25 ） V ； 灵敏度 1mV ； 准确度0.03%RD+0.02%F.S 。
DC24V 输出：仪表电源（ ≤1000mA ）；准确度1%F.S 。 符合 JJG 882-2004 关于电源电压要求。
系统工作环境：环境温度（ 20±5 ） ℃ ；相对湿度 ≤80% 。 符合 JJG 882-2004 关于环境条件的要求。
（ 2 ）电动压力源造压参数
电动气压源：造压范围（ 0～1.2 ） MPa ，连续可调，通过手动增压可调节到 2.5MPa 。 稳定度： 0.05%F.S 。
电动液压源：造压范围（ 0～60 ） MPa ，连续可调，稳定度： 0.05%F.S 。
电动真空源：造压范围（ -0.098～0 ） MPa ，连续可调，稳定度： 0.05%F.S 。
符合 JJG 882-2004 关于压力标准器的要求。
（ 3 ）系统不确定度
对于生产现场所用的 0.2 级压力变送器， 其允许误差限的绝对值为 0.032mA ， 实验室测得该系统总的扩展不确定度为 0.0068mA ，不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/4 。 根据 JJG 882-2004 ，该系统标准器的选择符合规范要求。
3 系统工作原理
以高精度多量程智能数字压力计为主体，配备电动造压系统和电压、电流输出及测量部分，构成多功能压力变送器检定系统，校验时，将数字压力模块和被检压力变送器接入与校验系统管路相连的快速接头，升压阀调节升压，卸压阀调节降压（仪表回检过程使用），利用调节阀精确调节至所需压力值，压力信号施加于压力模块，输出相应响应电信号，经放大后进行 A/D 变换 , 由微处理器进行数据采集、修正和校正，由智能数字压力计显示压力值，通过比对法比较标准压力、 输出电流与被检表示值。 如图 4 所示。
称重压力变送器
JJG 882-2004 压力变送器检定规范在 HX6100 系统中的应用
1 系统重复性误差实验
选一台性能稳定可靠的压力变送器 （型号 :3051 、量程： 0～10MPa 、输出电流：（ 4～20 ） mA 、 0.2 级、编号： 4761056 ）作被测对象。
根据 JJG 882-2004 检定规程提供的方法 , 对输出量程 100% 处（ 20mA ）的检定点 , 在重复条件下连续测量 10 次 , 分别以升压和降压的方式各测量 5次，计算测量值的实验标准偏差。测量结果如表 1 所示。
称重压力变送器
计算结果 :S(A)=0.001 2mA S(P)=0.000 8Mpa
本装置重复性误差小于Zui大允许误差的绝对值0.032mA ， 所以本系统的重复性误差是符合 JJG882-2004 规程要求的 [4] 。
2 系统稳定性实验
每隔 1 个月， 用该标准装置进行一组 6 次的测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。 共观测 5组。 测量结果之差，作为稳定性指标。 稳定性应小于计量标准的扩展不确定度。 用上述压力变送器做被测对象。 在 10MPa （ 20mA ）测得数据如表 2 所示。
│A 平均 (max)-A 平均 (min)│=0.0007mA
│P 平均 (max)-P 平均 (min)│=0.000 5Mpa
称重压力变送器
该装置稳定性小于系统扩展不确定度 0.006 8mA ，所以本系统的重复性误差是符合 JJG 882-2004要求的 [4] 。
3 系统不确定度验证
采用传递比较法对不确定度进行验证。 用上述压力变送器作被测对象。 本系统检定装置（ 0.05 级，扩展不确定度 0.006 8mA ） 与上一级检测站（ 0.02级，扩展不确定度 0.004 6mA ）的检定装置测量被测压力变送器 , 对比结果如表 3 所示。
称重压力变送器
称重压力变送器
称重压力变送器 ，符合 JJF 1033－2008 计量标准考核规范要求，系统测量不确定度得到验证 [4] 。
结 语
HX6100 多功能智能压力检定系统是以高精度多量程数字压力计为主体，准确度高，经过现场应用评价， 该 0.05 级压力变送器检定系统不确定度、稳定性、重复性符合 JJG 882-2004 压力变送器检定规范和 JJF 1033－2008 计量标准考核规范要求， 在压力变送器检定中具有较好的准确性、 稳定性和实用性，可以有效的减轻压力变送器的检定工作强度。
[ 参考文献 ]
[1] 罗来勇 . 压力计量手册 [M]. 济南 : 山东大学出版社 ,1992.
[2] JJG 882-2004 压力变送器 [S].
[3] 王立吉 . 计量学基础 ( 修订版 )[M]. 北京 : 中国计量出版社 ,1997.
[4] JJF 1033-2008 计量标准考核规范 [S].
随着现代科学技术的不断进步，国内外在压力计量测试技术和控制系统中，已广泛采用现代测试技术 , 从而使压力传感器应运而生。 压力传感器是一种能够感受（或相应）压力物理量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，当输出为规定的标准压力信号时，则称为压力变送器 [1] 。 可见压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，而且其输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数）。 其主要用于工业过程压力参数的测量和控制，在自动化控制系统中发挥着日益重要的作用。
随着胜利埕岛油田的深入开发和生产自动化程度的逐年提高，压力变送器被广泛应用于海上油井生产监控、地面输送和储运设备中，已经有千余件各类压力变送器投入原油生产的各个环节，在原油生产中起到了不可替代的作用。 为了对原油生产控制提供可靠、稳定的信号数据，保证原油生产平稳、安全运行，对压力变送器的安全、准确检定，需要找到有一种符合 JJG 882-2004 国家规范要求， 安全、稳定、准确度高、自动化程度密集、可操作性强的检定系统来实现对油田压力变送器的检定工作。
压力变送器概述
1 压力变送器组成
压力变送器有电动和气动两大类。 电动压力变送器标准输出信号主要为 0～10mA 和 4～20mA （或1～5V ）的直流电信号。 气动的标准输出信号主要为20～100kPa 的气体压力。
压力变送器通常由两部分组成：感压单元、信号处理转换单元。有些变送器增加了显示单元。有些还有现场总线功能。 压力变送器的结构原理如图 1 所示 [2] 。
称重压力变送器
压力变送器可分为电容式、谐振式、压阻式、力（力矩）平衡式、电感式和应变式等。目前埕岛油田在用的主要是两线制压阻式电动压力变送器 （有些配有显示单元），输出信号为 4～20mA。
2 压力变送器原理
力学传感器的种类繁多，应用Zui广的是压阻式压力传感器，它具有低价格、高精度以及较好的线性特征。
电阻应变片是一种将被测件上的应变转换成一电信号的敏感器件，它是压阻式应变传感器的核心。应变片的工作原理是应变效应，即利用导体被压缩或拉伸等所引起的机械变形而使其电参数（如阻值）发生相应变化。 为了把被变换量转换成应变，需要一定的敏感元件，称之为弹性元件 [3] 。 通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和CPU 显示）或执行机构。
电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。 金属导体的电阻值可用下式表示：
R=ρ×L/S
式中 ρ —金属导体的电阻率（ Ω · cm 2 /m ）
S —导体的截面积（ cm 2 ）
L —导体的长度（ m ）
以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。 当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。 只要测出加在电阻上电压的变化，即可获得应变金属丝的应变情况。
3 压力变送器检定时的设备连接方式
（ 1 ）输出部分连接
输出部分按正常电路回路接线， 负载电阻原则上 ≥250Ω ，电源电压 24V ，如图 2 所示。
称重压力变送器
（ 2 ）输入部分连接
按照检定装置流程规定进行连接，如图 3 所示。
称重压力变送器
JJG 882-2004 关于压力变送器检定的要求 [2]
1 环境条件
（ 1 ）环境温度：（ 20±5 ） ℃ ，每 10min 变化不大于1℃ ，相对湿度： 45%～75% 。
（ 2 ）环境应无影响输出稳定的机械震动。
（ 3 ）环境周围除地磁场外，无影响变送器正常工作的外磁场。
2 电源电流条件
交流供电的压力变送器， 其变化值不超过额定值的 ±1% ，频率变化不超过额定值的 ±1% 。 直流供电压力变送器， 24V 其电压变化不超过额定值 ±1% 。 直流电流表 0.01～0.05 级。
3 检定设备条件
压力标准器 0.02 级 ～0.01 级。 成套后的标准器，包括整个检定设备在内检定时引入的扩展不确定度U95 应不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/4 。 对 0.1 级和 0.05 级压力变送器，由此引入的扩展不确定度 U95 应不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/3 [2] 。
HX6100 多功能智能压力检定系统概述
1 系统概述
HX6100 多功能智能压力检定系统是按 JJG882-2004 要求设计，以高精度多量程数字压力计为主体，配备独立电动自动造压系统（液压、气压、真空）及电压电流输出、测量部分构成，具有全量程压力测量、直流电压、电流、开关量测量和 24V 输出等诸多功能，具有独立大屏幕 LCD 显示窗，操作直观，各造压系统操作简单、维护方便、不易泄漏且稳定速度快， 主要用于压力变送器检定也可用于精密压力表、普通压力表的检定，自动化程度高。
2 系统组成
（ 1 ）测量范围和精度
HX6100 多功能智能压力检定系统测量范围及精度根据所选压力模块，可满足 -0.1～60MPa 压力测量。
电流测量：（ 0～25 ） mA ； 灵敏度 1μA ； 准确度0.03%RD+0.02%F.S 。 符合 JJG882-2004 关于电流测量要求。
电压测量：（ 0～25 ） V ； 灵敏度 1mV ； 准确度0.03%RD+0.02%F.S 。
DC24V 输出：仪表电源（ ≤1000mA ）；准确度1%F.S 。 符合 JJG 882-2004 关于电源电压要求。
系统工作环境：环境温度（ 20±5 ） ℃ ；相对湿度 ≤80% 。 符合 JJG 882-2004 关于环境条件的要求。
（ 2 ）电动压力源造压参数
电动气压源：造压范围（ 0～1.2 ） MPa ，连续可调，通过手动增压可调节到 2.5MPa 。 稳定度： 0.05%F.S 。
电动液压源：造压范围（ 0～60 ） MPa ，连续可调，稳定度： 0.05%F.S 。
电动真空源：造压范围（ -0.098～0 ） MPa ，连续可调，稳定度： 0.05%F.S 。
符合 JJG 882-2004 关于压力标准器的要求。
（ 3 ）系统不确定度
对于生产现场所用的 0.2 级压力变送器， 其允许误差限的绝对值为 0.032mA ， 实验室测得该系统总的扩展不确定度为 0.0068mA ，不超过被检压力变送器Zui大允许误差绝对值的 1/4 。 根据 JJG 882-2004 ，该系统标准器的选择符合规范要求。
3 系统工作原理
以高精度多量程智能数字压力计为主体，配备电动造压系统和电压、电流输出及测量部分，构成多功能压力变送器检定系统，校验时，将数字压力模块和被检压力变送器接入与校验系统管路相连的快速接头，升压阀调节升压，卸压阀调节降压（仪表回检过程使用），利用调节阀精确调节至所需压力值，压力信号施加于压力模块，输出相应响应电信号，经放大后进行 A/D 变换 , 由微处理器进行数据采集、修正和校正，由智能数字压力计显示压力值，通过比对法比较标准压力、 输出电流与被检表示值。 如图 4 所示。
称重压力变送器
JJG 882-2004 压力变送器检定规范在 HX6100 系统中的应用
1 系统重复性误差实验
选一台性能稳定可靠的压力变送器 （型号 :3051 、量程： 0～10MPa 、输出电流：（ 4～20 ） mA 、 0.2 级、编号： 4761056 ）作被测对象。
根据 JJG 882-2004 检定规程提供的方法 , 对输出量程 100% 处（ 20mA ）的检定点 , 在重复条件下连续测量 10 次 , 分别以升压和降压的方式各测量 5次，计算测量值的实验标准偏差。测量结果如表 1 所示。
称重压力变送器
计算结果 :S(A)=0.001 2mA S(P)=0.000 8Mpa
本装置重复性误差小于Zui大允许误差的绝对值0.032mA ， 所以本系统的重复性误差是符合 JJG882-2004 规程要求的 [4] 。
2 系统稳定性实验
每隔 1 个月， 用该标准装置进行一组 6 次的测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。 共观测 5组。 测量结果之差，作为稳定性指标。 稳定性应小于计量标准的扩展不确定度。 用上述压力变送器做被测对象。 在 10MPa （ 20mA ）测得数据如表 2 所示。
│A 平均 (max)-A 平均 (min)│=0.0007mA
│P 平均 (max)-P 平均 (min)│=0.000 5Mpa
称重压力变送器
该装置稳定性小于系统扩展不确定度 0.006 8mA ，所以本系统的重复性误差是符合 JJG 882-2004要求的 [4] 。
3 系统不确定度验证
采用传递比较法对不确定度进行验证。 用上述压力变送器作被测对象。 本系统检定装置（ 0.05 级，扩展不确定度 0.006 8mA ） 与上一级检测站（ 0.02级，扩展不确定度 0.004 6mA ）的检定装置测量被测压力变送器 , 对比结果如表 3 所示。
称重压力变送器
称重压力变送器
称重压力变送器 ，符合 JJF 1033－2008 计量标准考核规范要求，系统测量不确定度得到验证 [4] 。
结 语
HX6100 多功能智能压力检定系统是以高精度多量程数字压力计为主体，准确度高，经过现场应用评价， 该 0.05 级压力变送器检定系统不确定度、稳定性、重复性符合 JJG 882-2004 压力变送器检定规范和 JJF 1033－2008 计量标准考核规范要求， 在压力变送器检定中具有较好的准确性、 稳定性和实用性，可以有效的减轻压力变送器的检定工作强度。
[ 参考文献 ]
[1] 罗来勇 . 压力计量手册 [M]. 济南 : 山东大学出版社 ,1992.
[2] JJG 882-2004 压力变送器 [S].
[3] 王立吉 . 计量学基础 ( 修订版 )[M]. 北京 : 中国计量出版社 ,1997.
[4] JJF 1033-2008 计量标准考核规范 [S].
