气压传感器校准过程中的高度差修正

2023-10-30李昕娣

广东气象 2023年5期

李昕娣

（广东省气象数据中心，广东广州 510080）

大气压力是气象环境监测中的重要元素，对气压的测量通常使用硅电容绝对压力传感器，通过高级RC震荡器和基准电容器持续测量电容性压力。气压传感器在实验室检定过程中，依据《数字式气压计检定规程》（JJG1084－2013）的规定［1］，检定时，当标准器压力参考位置与被检气压计压力参考位置不在同一水平面上时，由参考位置高度差引起的示值误差应不超过被检气压计最大允许误差的1／10；否则应对气压计示值误差进行修正。

在数字气压计针对高度差修正的研究中，姜明波等［2］从采样高度差修正的基本原理出发，给出常用传导气体的密度计算公式，分析了传导气体组份、温度和压力等不同条件对采样高度差修正值的影响；侯维锋等［3］对高空探测处理程序中瞬间气压未做高度差订正的情况进行了误差分析；王爱华等［4］利用VB语言开发数字气压计检定过程中因高度差产生的气压偏差的计算软件［4］。以上研究均基于软件订正，本研究在此基础上关注高度差修正的必要性及在高度修正前后气压传感器的示值误差变化。

1 高度修正方法

广东省气象计量检定所目前使用的气压传感器检定系统为LSPMS－05气压检定系统，其标准器为745型数字压力计，控制器为LPC6000型自动压力校验仪，该系统用于对PTB系列气压传感器进行实验室检定，系统装置柜设置为标准器与被检传感器压力位置不在同一水平面，高度相距0.9 m，如图1所示。

图1 标准器与被检气压计压力参考位置关系

根据《数字式气压计检定规程》（JJG1084－2013）的规定，气压计由高度差引起的示值误差修正值按式（1）计算：

其中，δph为气压计第i个检定点由高度差引起的示值误差修正值（hPa）；ρ为气体介质密度（kg／m3）；g为当地重力加速度（m／s2）；Δh为标准器与被检气压计高度差（m）。

工作介质密度ρ按式（2）计算：

其中，M为空气的相对分子质量为29，氮气的相对分子质量为28；R为气体常数，R＝8.314 J／（mol·K）；T为气体热力学温度（K）；p为标准压力值（hPa）。

当标准器的压力参考位置高于被检气压计的压力参考位置时，Δh为正值；反之，Δh为负值。被检气压计的压力值按式（3）计算：

其中，p2为被检气压计压力值（hPa）；p1为标准器压力值（hPa）。

2 高度差修正值

依据《数字式气压计检定规程》（JJG1084－2013）中规定的检定点，根据式（1）－（3）计算得到气压计在1 100、1 000、950、900、800、700、600和550 hPa检定点［5－6］的高度差修正值分别为0.1、0.09、0.08、0.08、0.07、0.06、0.05、0.05 hPa。

3 气压传感器高度修正前后对比测试

在气压检定业务中选取100只全新PTB330型气压传感器，示值误差的检定按图2进行连接。

图2 气压传感器示值误差检定气路连接示意图

按照1 100、1 000、950、900、800、700、600、550 hPa等8个检定点从高到低，再从低到高做一次循环过程。在各检定点上，压力稳定后分别读取并记录标准器和被检气压计示值，计算标准器、气压计各检定点示值平均值，并用被检气压计示值与标准器的示值之差得出每个检定点的示值误差［7－10］。

本次对比测试的3组数据分别来自LSPMS－05系统未进行高度修正、高度修正后以及将745标准器、LPC6000控制器与被检传感器放置在同水平高度测试所得。测试数据采用纵向比较和横向比较两种方法［11－12］，纵向比较即对不同传感器在同一个检定点上的误差值进行比较，横向比较即对同一只传感器在整个检定流程中的误差值进行比较。