| 差壓變送器在活塞式壓力計(jì)計(jì)量應(yīng)用的技術(shù)說明及操作方法 |
| 信息來源： 差壓變送器 | 2022-09-09 點(diǎn)擊量： 5810 |
差壓變送器是一種通過測壓力的差值變化來進(jìn)行測量與控制的自動化儀表，在許多與壓力測量相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)中用途極廣，在任何一個具有一定規(guī)模的化工或石油企業(yè)，是肯定少不了差壓變送器的身影的?；钊綁毫τ?jì)作為一個壓力量量值傳遞的重要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其重要性可想而知。但是活塞式壓力計(jì)的計(jì)量過程對操作者的實(shí)際操作等一系列經(jīng)驗(yàn)積累水平有非常高的要求，且繁雜的操作過程會造成計(jì)量工作者的主觀意愿引入其他誤差，影響量值傳遞的準(zhǔn)確性。尤其是在活塞調(diào)平這一過程中，沒有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)積累和活塞式壓力計(jì)操作手感是根本無法完成的。針對這一難題引入差壓變送器到活塞式壓力計(jì)的計(jì)量過程中，簡化操作過程，使活塞式壓力計(jì)的計(jì)量更容易被學(xué)習(xí)和掌握，保證壓力量量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。
引 言
壓力計(jì)量基準(zhǔn)器為國家壓力基準(zhǔn)裝置，國家壓力基準(zhǔn)裝置主要由一套相同結(jié)構(gòu)的５個活塞系統(tǒng)組成 。壓力工作基準(zhǔn)也由０．００５級活塞式壓力計(jì)構(gòu)成，其次有０．０１級活塞式壓力計(jì)、０．０２級活塞式壓力計(jì)、 ０．０５級活塞式壓力計(jì)以及其他壓力計(jì)量器具構(gòu)成了壓力計(jì)量器具檢定系統(tǒng)表?；钊綁毫τ?jì)具有測量范圍寬、測量準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡單計(jì)量性能穩(wěn)定、易于量值溯源等優(yōu)勢。其作為壓力標(biāo)準(zhǔn)在壓力量量值傳遞中的地位也就可想而知了。因此活塞式壓力計(jì)的計(jì)量也就變得尤為重要。
?。薄?活塞壓力計(jì)簡介
活塞式壓力計(jì)是根據(jù)帕斯卡原理、流體靜力學(xué)平衡原理為基礎(chǔ)進(jìn)行壓力計(jì)量的 ?；钊綁毫τ?jì)主要有活塞系統(tǒng)（活塞和活塞筒組成）、專用砝碼和校驗(yàn)器３大部件組成?；钊到y(tǒng)作為活塞式壓力計(jì)的核心部件，活塞和活塞筒是活塞式壓力計(jì)核心數(shù)據(jù)———活塞有效面積的來源；專用砝碼是根據(jù)活塞有效面積與使用地重力加速度經(jīng)過計(jì)算，加工的具有固定質(zhì)量用于復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)壓力值的圓盤型砝碼 ；校驗(yàn)器也稱為造壓泵或壓力計(jì)底座，主要由壓力泵、連接管和閥門組成，用于安裝活塞系統(tǒng)且有造壓功能的裝置。
活塞式壓力計(jì)壓力產(chǎn)生的原理如式（１ ）所示：Ｐ ＝ｍｇ／ Ａ ｅ （１ ）式中： Ｐ 為活塞產(chǎn)生的壓力； ｍ 為專用砝碼的質(zhì)量；ｇ 為使用地的重力加速度； Ａ ｅ 為活塞的有效面積。
２ 活塞式壓力計(jì)的計(jì)量
結(jié)合 ＪＪＧ５９ － ２００７ 《活塞式壓力計(jì)檢定規(guī)程》的要求，活塞式壓力計(jì)的計(jì)量檢定是在相應(yīng)的環(huán)境條件下（不同準(zhǔn)確度等級都有與之對應(yīng)的溫度和濕度要求）進(jìn)行的，檢定項(xiàng)目主要包括外觀檢查、活塞系統(tǒng)檢查、專用砝碼和稱重盤檢查、活塞有效面積測量、專用砝碼質(zhì)量測量、垂直度測量、活塞轉(zhuǎn)動延續(xù)時間測量、活塞轉(zhuǎn)動下降速度測量、鑒別力測 量、密 封 性 檢 測、活 塞 有 效 面 積 周 期 變 化 率 判定 。其中活塞有效面積測量是整個活塞式壓力計(jì)的計(jì)量檢定的核心工作。本文主要針對活塞有效面積測量進(jìn)行研究。
?。玻薄?活塞有效面積測量
活塞有效面積測量主要包括直接平衡法和起始平衡法兩種 。
直接平衡法：
?。?）確定標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)與被檢活塞式壓力計(jì)的活塞及其連接件質(zhì)量；２ ）測量兩套活塞式壓力計(jì)參考平面的高度差； ３ ）開始平衡點(diǎn)的測量，*平衡點(diǎn)壓力值一般 選 擇 活 塞 式 壓 力 計(jì) 測 量 范 圍 上 限 的 １０％ ～２０％ ，分別在兩套壓力計(jì)上加載相應(yīng)的專用砝碼，校驗(yàn)器加壓使標(biāo)準(zhǔn)與被檢活塞式壓力計(jì)都升至工作位置，此過程中兩套壓力計(jì)均應(yīng)以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉(zhuǎn)動保持在各自的工作位置。如不平衡，在上升活塞上加載相應(yīng)的小砝碼，直至平衡。然后以同樣辦法依次升壓、降壓測量其他檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)一般不少于 ５ 個。根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到被檢活塞的有效面積。直接平衡法的平衡原理如式（２ ）所示：
式中： ｍ 標(biāo)碼 ｉ 為第 ｉ 個平衡點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量； ｍ 檢碼 ｉ 為第 ｉ 個平衡點(diǎn)被檢活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量； ｍ 標(biāo)活 為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)活塞及其連接桿質(zhì)量； ｍ 檢活 為被檢活塞式壓力計(jì)活塞及其連接桿質(zhì)量；ρ 標(biāo)碼為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)加載砝碼的密度；ρ 檢碼 為被檢活塞式壓力計(jì)加載砝碼的密度；ρ 標(biāo)活 為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)活塞及其連接桿平均密度；ρ 檢活 為被檢活塞式壓力計(jì)活塞及其連接桿平均密度；ρ ａ 為空氣密度； ρ 介 為活塞式壓力計(jì)使用介質(zhì)的密度； Ａ 標(biāo) 為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)的有效面積；Ａ 檢 ｉ 為第 ｉ個平衡點(diǎn)計(jì)算得到的被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積；ｇ 為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?；?為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)與被檢活塞式壓力計(jì)工作位置的高度差（標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)工作位置高度減去被檢活塞式壓力計(jì)工作位置高度）。被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積平均值為*終的被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積如式（３ ）所示：
式中：ｎ 平衡點(diǎn)的測量次數(shù)。
起始平衡法：
?。?）起始平衡點(diǎn)的確定，一般選擇活塞式壓力計(jì)測量范圍上限的 １０％～２０％ 壓力值的點(diǎn)作為起始平衡點(diǎn)，分別在兩套壓力計(jì)上加載相應(yīng)數(shù)量的砝碼，校驗(yàn)器加壓使標(biāo)準(zhǔn)與被檢活塞式壓力計(jì)都升至工作位置，此過程中兩套壓力計(jì)均應(yīng)以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉(zhuǎn)動保持在各自的工作位置，如不平衡，在上升活塞上加載相應(yīng)的小砝碼，直至平衡。起始平衡后，壓力計(jì)上加載的所有砝碼作為起始平衡質(zhì)量，保持不變；２ ）以同樣辦法依次升壓、降壓測量其他檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)一般不少于 ５ 個。根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到被檢活塞的有效面積。起始平衡法的平衡原理如式（４ ）所示，式中： ｍ 標(biāo)碼（ｉ ＋１ ） 為第（ ｉ ＋１ ）個平衡點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量； ｍ 檢碼（ｉ ＋１ ） 為第（ ｉ ＋１ ）個平衡點(diǎn)被檢活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量； ｍ標(biāo)碼１為起始平衡點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量； ｍ檢碼１為起始平衡點(diǎn)被檢活塞式壓力計(jì)加載的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量；ρ 標(biāo)碼 為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)加載砝碼的密度；ρ 檢碼 為被檢活塞式壓力計(jì)加載砝碼的密度；ρ ａ 為空氣密度； ρ 介 為活塞式壓力計(jì)使用介質(zhì)的密度； Ａ 標(biāo) 為標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)的有效面積；Ａ 檢（ ｉ ＋１ ） 為第（ｉ ＋１ ）個平衡點(diǎn)計(jì)算得到的被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積；ｇ 為當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?/div>
被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積平均值為*終的被檢活塞式壓力計(jì)的有效面積如式（５ ）所示：
式中：ｎ 為平衡點(diǎn)的測量次數(shù)。
?。玻病?常用方法的弊端
兩種測量方法的關(guān)鍵都是每個檢定點(diǎn)通過在上升活塞上加載小砝碼的方式，使兩套活塞式壓力計(jì)同時達(dá)到各自的平衡位置（工作位置）。這也是在實(shí)際操作過程中的難點(diǎn)，其主要依靠活塞位置指示裝置來實(shí)現(xiàn)的，活塞位置指示裝置*常用的有燈影位置指示和電磁位置指示兩種。長時間盯著燈影或指示表針，而且要用調(diào)整砝碼的方法使燈影或指示表針在每個檢定點(diǎn)上都達(dá)到固定的指示位置視為是達(dá)到每套活塞的各自平衡位置。此過程中存在的問題包括：
１ ）長時間盯著燈影或指示表針進(jìn)行調(diào)整，會對調(diào)整者造成視覺疲勞，進(jìn)而引入誤差；２ ）目測燈影或指示表針的方法，自身讀數(shù)存在誤差較大，操作者的主觀意愿影響也會引入一定誤差；３ ）目測燈影或指示表針的方法調(diào)整過程中，由于沒有明確的壓力值指示，不能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整砝碼質(zhì)量達(dá)到每套活塞各自平衡位置。加之存在活塞下降速度的影響，會出現(xiàn)需要反復(fù)加壓使活塞達(dá)到工作位置。沒有長時間的活塞計(jì)量檢定經(jīng)驗(yàn)和活塞調(diào)整手感就很難調(diào)整出每套活塞各自平衡位置。
以上問題就造成了，活塞式壓力計(jì)的計(jì)量需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累和很好的活塞調(diào)整手感的計(jì)量工作者才能進(jìn)行，對于只有理論知識積累而實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)積累不是很充分的計(jì)量工作者來說這項(xiàng)工作就變的非常困難。
２．３ 差壓變送器的應(yīng)用
差壓變送器在活塞式壓力計(jì)計(jì)量中應(yīng)用示意圖如圖１ 所示，在測量每一個平衡點(diǎn)時方法測量如下。
?。?）打開平衡閥，上兩套活塞的介質(zhì)達(dá)到連通狀態(tài)，差壓變送器指示為０ （可以是電流輸出 ｍＡ 顯示 ４．０００ 或壓力輸出 ｋＰａ 顯示 ０．０００ ） 。
?。?）在標(biāo)準(zhǔn)活塞系統(tǒng)和被檢活塞系統(tǒng)上加載對應(yīng)砝碼，然后使用任意一個校驗(yàn)器對于連通的兩套活塞系統(tǒng)進(jìn)行加壓，使其中一個活塞系統(tǒng)達(dá)到活塞指示裝置指示的工作位置（以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉(zhuǎn)動），另外一個活塞系統(tǒng)稍微超出工作位置。
?。?）關(guān)閉平衡閥，在超出工作位置的活塞系統(tǒng)上加載小砝碼，差壓變送器會有數(shù)值顯示上的變化，隨即調(diào)整加載砝碼一側(cè)的校驗(yàn)器，兩者交替操作，使被調(diào)整的活塞系統(tǒng)達(dá)到工作位置（以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉(zhuǎn)動），同時差壓變送器指示為 ０ 。
?。?）打開平衡閥，標(biāo)準(zhǔn)活塞系統(tǒng)和被檢活塞系統(tǒng)都處于工作位置（均以３０～６０r/ｍｉｎ的速度順時針轉(zhuǎn)動），對以上方法進(jìn)行驗(yàn)證，在原始記錄上記錄該點(diǎn)加載砝碼質(zhì)量。依據(jù)以上方法再進(jìn)行下一平衡點(diǎn)的測量。直至完成每一個平衡點(diǎn)的測量，處理數(shù)據(jù)就可以得到被檢活塞系統(tǒng)的活塞有限面積 。
使用此方法在活塞式壓力計(jì)計(jì)量中的應(yīng)用主要有以下注意事項(xiàng)：
１ ）差壓變送器的選型，相同準(zhǔn)確度等級的壓力變送器，量程越大，誤差越大；量程越小，可操作范圍越小 。所以在差壓變送器誤差符合被計(jì)量活塞式壓力計(jì)精度要求的情況下，量程越大，可操作范圍越大，越便于使用，操作更簡單、更安全。
?。?）差壓變送器的安裝，差壓變送器必須設(shè)置有一個相對固定安裝平臺，使差壓變送器的安裝在測量過程中不發(fā)生位置變化，不存在外力影響，保證輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性。
?。场?應(yīng)用比對
為了直觀得到應(yīng)用差壓變送器的方法在活塞有效面積測量中的優(yōu)勢，對本計(jì)量機(jī)構(gòu) ２～３ 月份的活塞式壓力計(jì)的計(jì)量任務(wù)進(jìn)行了分配和統(tǒng)計(jì)，在兩個月內(nèi)的活塞式壓力計(jì)計(jì)量任務(wù)中，活塞有效面積測量分別隨機(jī)規(guī)定測量方案（常用方法或應(yīng)用差壓變送器方法），并對測量用時情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表 １ 所示。表 １ 中 Ａ 為壓力計(jì)量工作 ２０年以上的計(jì)量工作者，具有熟練操作水平和豐富測量經(jīng)驗(yàn)； Ｂ 為壓力計(jì)量工作 ６ 年的計(jì)量工作者；Ｃ 為壓力計(jì)量工作剛 １ 年的計(jì)量工作者。
表１中 ∞ 表示使用對應(yīng)方法進(jìn)行測量，但長時間無法完成此項(xiàng)工作。由表１可知在活塞有效面積測量中引入應(yīng)用差壓變送器的方法不但極大的提高了工作效率，而且使活塞有效面積測量操作變的更直觀，易于掌握 。
４ 結(jié) 論
差壓變送器應(yīng)用于活塞壓力計(jì)的計(jì)量中主要可以幫助新進(jìn)的計(jì)量工作者迅速掌握活塞式壓力計(jì)計(jì)量的操作方法，快速上崗，快速上手工作；可以簡化活塞式壓力計(jì)計(jì)量中，活塞系統(tǒng)平衡調(diào)整中繁雜的工作量；可以避免長時間盯著活塞位置指示裝置而引起操作者主觀因素引入的誤差。因此差壓變送器在活塞式壓力計(jì)計(jì)量中的應(yīng)用很有必要在計(jì)量部門進(jìn)行大面積推廣。
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