差壓變送器在活塞式壓力計(jì)計(jì)量應(yīng)用的技術(shù)說(shuō)明及操作方法

發(fā)表時(shí)間：2019-04-09|? 聯(lián)系電話：15601403222 、 13915181149

差壓變送器是一種通過(guò)測(cè)壓力的差值變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量與控制的自動(dòng)化儀表，在許多與壓力測(cè)量相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)中用途極廣，在任何一個(gè)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。活塞式壓力計(jì)作為一個(gè)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(guò)程對(duì)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(guò)程會(huì)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(guò)程中，沒(méi)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(wú)法完成的。針對(duì)這一難題引入差壓變送器到活塞式壓力計(jì)的計(jì)量過(guò)程中，簡(jiǎn)化操作過(guò)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(guó)家壓力基準(zhǔn)裝置，國(guó)家壓力基準(zhǔn)裝置主要由一套相同結(jié)構(gòu)的５個(gè)活塞系統(tǒng)組成。壓力工作基準(zhǔn)也由０．００５級(jí)活塞式壓力計(jì)構(gòu)成，其次有０．０１級(jí)活塞式壓力計(jì)、０．０２級(jí)活塞式壓力計(jì)、０．０５級(jí)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(cè)量范圍寬、測(cè)量準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單計(jì)量性能穩(wěn)定、易于量值溯源等優(yōu)勢(shì)。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。

１　活塞壓力計(jì)簡(jiǎn)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。活塞式壓力計(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。活塞系統(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(lái)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(guò)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(pán)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(mén)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／Ａｅ（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；Ａｅ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(jí)都有與之對(duì)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(pán)檢查、活塞有效面積測(cè)量、專用砝碼質(zhì)量測(cè)量、垂直度測(cè)量、活塞轉(zhuǎn)動(dòng)延續(xù)時(shí)間測(cè)量、活塞轉(zhuǎn)動(dòng)下降速度測(cè)量、鑒別力測(cè) 量、密封性檢測(cè)、活塞有效面積周期變化率判定。其中活塞有效面積測(cè)量是整個(gè)活塞式壓力計(jì)的計(jì)量檢定的核心工作。本文主要針對(duì)活塞有效面積測(cè)量進(jìn)行研究。

２．１　活塞有效面積測(cè)量

活塞有效面積測(cè)量主要包括直接平衡法和起始平衡法兩種。

直接平衡法：

１）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(cè)量?jī)商谆钊綁毫τ?jì)參考平面的高度差；３）開(kāi)始平衡點(diǎn)的測(cè)量，*平衡點(diǎn)壓力值一般選擇活塞式壓力計(jì) 測(cè) 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(guò)程中兩套壓力計(jì)均應(yīng)以３０～６０ｒ／ｍｉｎ的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量其他檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)一般不少于５個(gè)。根據(jù)測(cè)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(gè)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(gè)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(gè)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(cè)量次數(shù)。

起始平衡法：

１）起始平衡點(diǎn)的確定，一般選擇活塞式壓力計(jì)測(cè)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(guò)程中兩套壓力計(jì)均應(yīng)以３０～６０ｒ／ｍｉｎ的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量其他檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)一般不少于５個(gè)。根據(jù)測(cè)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(gè)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(gè)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(gè)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(cè)量次數(shù)。

２．２　常用方法的弊端

兩種測(cè)量方法的關(guān)鍵都是每個(gè)檢定點(diǎn)通過(guò)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(shí)達(dá)到各自的平衡位置（工作位置）。這也是在實(shí)際操作過(guò)程中的難點(diǎn)，其主要依靠活塞位置指示裝置來(lái)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(zhǎng)時(shí)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(gè)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(guò)程中存在的問(wèn)題包括：

１）長(zhǎng)時(shí)間盯著燈影或指示表針進(jìn)行調(diào)整，會(huì)對(duì)調(diào)整者造成視覺(jué)疲勞，進(jìn)而引入誤差；

２）目測(cè)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(huì)引入一定誤差；

３）目測(cè)燈影或指示表針的方法調(diào)整過(guò)程中，由于沒(méi)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(huì)出現(xiàn)需要反復(fù)加壓使活塞達(dá)到工作位置。沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)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(wèn)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(duì)于只有理論知識(shí)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(lái)說(shuō)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(cè)量每一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)方法測(cè)量如下。

１）打開(kāi)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）。

２）在標(biāo)準(zhǔn)活塞系統(tǒng)和被檢活塞系統(tǒng)上加載對(duì)應(yīng)砝碼，然后使用任意一個(gè)校驗(yàn)器對(duì)于連通的兩套活塞系統(tǒng)進(jìn)行加壓，使其中一個(gè)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），另外一個(gè)活塞系統(tǒng)稍微超出工作位置。

３）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(huì)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），同時(shí)差壓變送器指示為０。

４）打開(kāi)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），對(duì)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(cè)量。直至完成每一個(gè)平衡點(diǎn)的測(cè)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(jí)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(jiǎn)單、更安全。

２）差壓變送器的安裝，差壓變送器必須設(shè)置有一個(gè)相對(duì)固定安裝平臺(tái)，使差壓變送器的安裝在測(cè)量過(guò)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。

３　應(yīng)用比對(duì)

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(cè)量中的優(yōu)勢(shì)，對(duì)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(gè)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(cè)量分別隨機(jī)規(guī)定測(cè)量方案（常用方法或應(yīng)用差壓變送器方法），并對(duì)測(cè)量用時(shí)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(cè)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(duì)應(yīng)方法進(jìn)行測(cè)量，但長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法完成此項(xiàng)工作。由表１可知在活塞有效面積測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(zhǎng)時(shí)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(mén)進(jìn)行大面積推廣。

上一條：關(guān)于壓力變送器的工作原理分析以及常見(jiàn)的故障診斷下一條：海上平臺(tái)投入式液位變送器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用