压力无线数据记录器校准方法的研究

陈　玲，王孔祥，林景星

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

压力无线数据记录器校准方法的研究

陈玲，王孔祥，林景星

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

文中针对压力无线数据记录器特殊技术性能进行了深入探讨，特别是对校准记录器的密封性、耐压及常温和高温下的压力示值误差、温度影响系数的研究，为实施压力无线数据记录器的量值溯源，规定了校准采用标准设备、校准项目、校准方法，并对校准结果不确定度进行了评定，为企事业单位大量使用的压力无线数据记录器技术性能的校准提供有效的技术依据。

压力；无线数据记录器；灭菌温度

1　概述

压力无线数据记录器主要用于密闭容器的压力测量，是一种采用无线传输原理对压力量值进行采集、记录和测量的计量仪器。广泛应用于医疗卫生系统、疾病预防控制中心、检疫机构、食品加工、科研等领域的热力灭菌效果验证以及法定计量机构对热力灭菌设备上所配压力表进行压力量值检定或校准时用作参考计量标准器。国内尚无针对压力无线数据记录器计量性能进行评定的相关国家计量检定规程或校准规范。压力无线数据记录器量值的准确与否直接关系到量值溯源的准确性以及安全生产工作，为确保压力无线数据记录器测量量值的准确可靠，文中参考相关技术材料，并结合在用的压力无线数据记录器以及当前国内外压力无线数据记录器产品，通过大量试验与研究工作，确定主要技术性能和参数，以供企事业单位大量使用的压力无线数据记录器技术性能的校准提供统一的技术依据。

2　记录器的校准方法

2.1测量标准及其他设备

根据压力无线数据记录器计量特性要求，标准器及其它设备见表1。

表1　测量标准及其他配套设备

2.2 校准方法

校准前应对电池供电的记录器，按其操作说明检查其电池的供电电压是否在正常工作范围内，如低于正常值应及时更换电池。并对记录器的通讯功能或存储功能以及记录间隔、发送间隔、启停方式等项目进行设置，应满足其操作说明书的要求。

2.2.1密封性检查

将记录器放置于可产生模拟热力灭菌温度的压力试验装置，工作介质为水蒸汽，试验温度一般为（135±0.5）℃，维持时间不少于5min，取出记录器检查其各部件及内部不得出现渗液现象。

2.2.2耐压检查

按照记录器的使用说明，将记录器置入压力试验装置，加压至最大工作压力，保持3min能正常工作，检查记录器外壳应无明显变形或损坏。

2.2.3示值误差校准

2.2.3.1时钟调整

（1）对于时钟可调的记录器，调整其时间与计时器的时间值一致；

（2）对于时钟不可调的记录器，应分别同时记录记录器和计时器显示的时间值；

（3）对于时钟可置零的记录器，应与计时器同时置零、启动。

2.2.3.2压力示值校准［1］［2］

将设置好参数的记录器放置于压力试验装置，连接标准器及压力源，确认并同步记录标准器与被校记录器的时间间隔。工作介质采用清洁的空气或无毒、无害和化学性能稳定的气体。

选择包括上限值、下限值在内的不少于5个校准点，且均匀分布在整个测量范围内。对低于大气压力的校准点可选大气压力值作为下限值起始点，200 kPa（绝压）为必校点，也可按用户要求选择其他校准点。

平稳输入压力达到校准点，校准点可由低到高直至上限，每一校准点停留时间不少于2min，压力变化量不应大于压力标准器读数值的1%/min，按同步的时间和间隔分别读取标准器和被检记录器的压力示值（无线通讯记录器为数据接收端显示的压力值，无接收端的记录器为取出记录器后读取的压力值）。直至所有校准点，每一校准点的读数值不少于5次。

记录器的压力示值误差按式（1）或式（2）计算：

式中：

Δp——压力示值误差，kPa；

Δ——压力示值误差，%；

pm——被校记录器的压力量程，kPa。

2.2.4灭菌温度下压力示值校准［2］

试验温度选取常规灭菌温度121℃，维持时间不少于5min，温度波动不超过±0.5℃/min，水蒸汽产生的压力（绝压）在（200±10）kPa范围，使用其他气体工作介质时应使标准器压力（绝压）维持在200kPa，分别读取压力标准器和被检记录器的压力示值，每次校准点读数不少于5次。

记录器的压力示值误差按式（1）或式（2）计算。

记录器在其他温度下压力示值校准，可按用户要求选择。

2.2.5温度影响系数校准［2］

20℃、121℃温度下200kPa压力示值校准分别按2.2.3.2、2.2.4进行。记录压力试验装置在200k Pa时的温度值t1、t2。记录器的温度影响系数按式（3）计算：

式中：

kt——Δp温2度-影响因子，kPa/℃；

Δp1——温度t1时，200 kPa（绝压）校准点标准器与被检记录器的压力示值之差，kPa；

Δp2——温度t2时，（200±10）kPa（绝压）

校准点标准器与被检记录器的压力示值之差，kPa；

t1、t2—-—压力试验装置的温度值，℃。

在121℃温度下，实际压力值按式（4）计算：

式中：

pt——灭菌温度下的实际压力值，kPa；

pi——灭菌温度下记录器的压力示值，kPa；

Δ pi——记录器在pi点时的压力示值误差，kPa；

Δt——灭菌温度与压力示值误差校准时温度（取20℃）之差，℃。

3　实验数据

根据本方法对编号为112000828的无线数据记录系统，其型号与测量范围分别为DK-2610、（0～500）kPa，准确度等级为0.5级进行校准。

3.1压力示值误差校准结果如下：

压力示值误差校准结果见表2。

表2　示值误差校准结果　单位：kPa

3.2灭菌温度下压力示值校准

灭菌温度下压力示值校准结果如表3。

表3　灭菌温度下压力示值校准结果

121.0℃时，标准压力值的平均值为208.45kPa，示值误差为+1.54kPa。

20.0℃时，标准压力值的平均值为201.22kPa，示值误差为-0.14kPa。

3.3温度修正系数与温度影响量计算

根据式（2）和式（3），可得 ：

无线压力记录器的量程为500kPa，则温度影响量：0.0166/500=0.003%/℃，计算出该记录器常温下的示值误差为量程的0.2%，灭菌温度下的示值误差为量程的0.5%，温度修正系数为量程的0.003%。

4　记录器压力示值误差校准结果不确定度评定

4.1概述

以校准测量范围为（0～500）kPa，0.5级的MPⅢ型记录器为例，用测量范围为（0～500）kPa，0.05级的数字压力计作为测量标准，采用直接比较法进行校准，校准时的环境温度为21.5℃，相对湿度为65%。

4.2测量模型与灵敏系数

4.2.1测量模型

4.2.2

4.3标准不确定度分量评定

在200kPa压力点作10次测量，所得数据如下：

表4　重复性测量结果　单位：kPa

计算实验标准偏差：

重复性分量引入的标准不确定度分量为：

被校记录器分辨力为0.01kPa，则区间半宽= 0.005kPa，该分布服从均匀分布，故：

测量范围为（0～500）kPa，0.05级的标准数字压力计在200kPa点上的最大允许误差为±0.25kPa， 则区间半宽a=0.25kPa，该分布服从均匀分布，故：

4.4合成标准不确定度的评定

4.4.1标准不确定度分量一览表见表5

表5　标准不确定度分量一览表

4.4.2合成不确定度的计算

准不确定度为：

4.5扩展不确定度的评定

取k=2，则扩展不确定度：

4.6测量不确定度的报告

记录器在200kPa压力校准点，其示值误差为+0.04kPa，扩展不确定度为：

5　结束语

通过对压力无线数据记录器的校准所采用的校准设备、校准项目、校准方法及校准结果不确定度评定进行分析探讨，分别对记录器的密封性和耐压、常温下和高温（模拟热力灭菌环境）下的压力示值误差、温度影响系数等校准项目和校准方法进行研究，并对记录器压力示值误差测量结果不确定度分析评定，为企事业单位压力无线数据记录器量值溯源提供有效的校准方法。

［1］ JJG 1084-2013.数字式气压计检定规程［S］.

［2］ JJF 1366-2012.温度数据采集仪校准规范［S］.

Study on Calibration Method of Pressure W ireless Data Recorder

CHEN Ling， WANG Kong-Xiang， LIN Jing-Xing
（Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China）

The thesis makes a deep discussion on the special technical performance of pressure w ireless data recorder， especially the research on calibration recorder ‘s sealing， pressure resistance， pressure value error and temperature influence coefficient under normal temperature and high temperature. That specifies the calibration standard equipment， calibration method and calibration project for implementing the quantity traceability of pressure w ireless data recorder. Meanwhile， the thesis makes an evaluation to the uncertainty of calibration results， provides an effective technical basis for calibration of pressure w ireless data recorder technical performance which is w idely used in the enterprises and institutions.

Pressure； Wireless data recorder； Sterilization temperature

2015-11-12

陈玲，女，福建省计量科学研究院，业务拓展部，高级工程师

王孔祥，男，福建省计量科学研究院，热工室，高级工程师

林景星，男，福建省计量科学研究院，网络中心，教授级高级工程师