便携式微压压力发生器现场校准装置的设计

邓金华，何昭志

（广州计量检测技术研究院，广东广州，510663）

0 引言

微差压表是医药行业GMP认证专用仪表，主要用于测量药厂、电子厂洁净室洁净厂房的正负压差。目前，微差压表的现场校准所使用标准器为手持式微压泵，该标准器存在体积大、质量重等弊端，现场校准过程中需要两个检测人员才能完成的校准工作，增加了现场校准工作的难度，降低了工作效率。为提高现场校准的工作效率，本文提出一种便携式的现场校准装置，对装置的工作原理做了详细的说明，并分析出装置的不确定度评定结果。

1 装置测量原理

便携式微压压力发生装置是一个稳定的气压压力源，该装置工作原理是利用自动气泵进行加压，并使用节流器、手板阀等设备多级控流，最终达到稳压效果。现场校准使用数字压力表、管道以及接头等安装连接组合成一个微差压表校准装置，对比现用的手持式微压泵，该装置在体积和质量方面进行大面积优化，增加可置换性和适用性。

如图1所示，装置的工作原理是一个信号输入与输出的过程，主要的测量设备如下：

图1 装置工作原理流程图

（1）输入单元

在对设定值进行差压校准，装置通过微型压缩机气泵进行加压，该气泵在（-5～5）kPa范围自由切换并且保持稳定，可以完全满足现场微差压表的校准。

（2）信号处理单元

微型压缩机气泵加压以后，装置通过节流阀、调速阀等控制处理器稳定地将测量压力传递到下一级显示单元，处理单元的主要配套设备如下：

节流阀：节流阀是通过改变节流截面或者节流长度来控制流体流量的阀门。对装置的作用就在于改变气体流量，控制气体输入压力的速度，检测人员可以更好地把握校准点的压力控制，进而准确无误地对示值点进行校准。

手板阀：手板阀是采用手动推动或者拨动的换向阀，它是开闭管路、控制和调节输送介质的管路附件。微型压缩气泵施加压力以后，压力经过气管联通到手板阀，通过开闭管路控制所需压力，手板阀的使用让装置保持在一个稳压的状态。

调速阀：调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。调速阀是在节流阀节流原理的基础上，通过增加定差减压阀自动补偿负载变化的影响，减少节流的压力损失，使得节流后的压力基本上等同于节流前的压力，有利于更加高效地控制压力。

（3）输出单元

输出单元为通过气管串联成为一个系统的两个仪表，一个是数字压力表，一个是被检微差压表。经过输入单元以及信号处理单元的处理，需要读取的数据可以稳定清晰地显示在仪表上，此时检测人员便可读取原始数据，填写原始记录。

前文提及相对于便携式微压压力发生装置，手持式微压泵在现场校准过程中存在一定的不便，表1则在两者的主要参数上面进行了对比。

表1 压力源主要参数对比

通过表1可以看到，相对于手持式微压泵，本文提出的便携式微压压力发生装置优势在于缩减体积和降低质量，这是微差压表现场校准的急需解决的问题。如表1所示，手持式微压泵的体积比较大，微差压表现场校准需要两个人开展工作，一个人进行手动加压并读取校准数据，一个人负责原始记录的填写，如果对安装位置比较特殊的仪器进行测量，手提着1.6kg的标准设备使得校准人员在读取数据的时候产生比较大的误差，直接影响检测人员对仪器检测数据的判断。如若使用便携式微压压力发生装置，上述的难题将得到的解决，一个人便可以开展微差压表的现场校准工作。

2 不确定度分量的评定

2.1 被检仪器重复性引入的标准不确定度评定u1

按照A类方法评定，选取一个精度等级为4.0级、测量范围（0～60）Pa的微差压表作为被测对象，各个检定点均进行10次测量，得到的数据显示在检定点40Pa处误差最大，得到测量列为：41.6Pa、41.2Pa、41.2Pa、40.8Pa、40.4Pa、40.4Pa、40.0Pa、41.2Pa、40.4Pa、40.8Pa。故以此点的测量重复性来估算其不确定度，计算n=10，= 40.6Pa，用贝塞尔公式算得单次值实验标准差为：

2.2 标准装置测量误差引入的标准不确定度评定u2

标准装置测量误差引入的不确定度分量包括装置密封性引入的不确定分量u21、标准器最大允差引入的不确定分量u22、其中两者不相关。

（1）装置密封性引入的不确定度评定u21

（2）标准器最大允差引入的标准不确定度评定u22

数字压力表的最大允许误差为2000 Pa×0.05%=1 Pa，按B类评定，假设为均匀分布，则k=，故

表2 标准不确定度分量汇总表

合成标准不确定度

扩展不确定度

由于测量结果接近正态分布，则取包含因子k=2，

3 结束语

本文提出的便携式微压发生装置具有体积小、重量轻，并且不需要外接电源的特点，十分便于现场微差压检测工作。装置的使用减轻了校准人员的工作强度，提高了工作效率，装置所涵盖的量程也完全满足微差压表的日常校准。经过实验室样品试验以及不确定度分析，装置各部分检测参数可以满足4级微差压表的现场校准要求，并符合JJF1033-2016《计量标准考核规范》中的规定，各项分析表明装置对现场微差压表的校准具有很大的实际意义。