1、引言

　　壓力計(jì)量測(cè)試無(wú)論在生產(chǎn)過(guò)程還是科學(xué)研究中都是應(yīng)用最廣泛的測(cè)量參數(shù)之一，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力計(jì)量測(cè)試技術(shù)同樣獲得飛速發(fā)展。不僅靜態(tài)壓力計(jì)量測(cè)試技術(shù)發(fā)展很快，而且動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)壓力校準(zhǔn)技術(shù)已成為當(dāng)前壓力計(jì)量測(cè)試技術(shù)發(fā)展的新方向。

　　2、壓力基、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字壓力計(jì)性能的提高

　　多少年來(lái)，國(guó)際上壓力計(jì)最高精度的寶座一直為以汞作介質(zhì)的準(zhǔn)基液體壓力計(jì)所占有（3～6ppM），基準(zhǔn)活塞壓力計(jì)的準(zhǔn)確度很長(zhǎng)時(shí)間保存在20ppM左右。80年代初美國(guó)DH Instruments，Inc 采用碳化物材料制作直徑為35mm的大直徑活塞壓力計(jì)，并通過(guò)幾何尺寸測(cè)量直接向基本量溯源等一系列研究工作，大大減小了該活塞系統(tǒng)有效面積的不確定度，于1986年法國(guó)LNE國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先采用它作為法國(guó)在10～400kPa壓力范圍的國(guó)家基準(zhǔn)。此前，人們一直采用液體壓力作為低壓段0～120kPa的基準(zhǔn)，LNE的工作第一次證明活塞壓力計(jì)作為定義低壓的基準(zhǔn)是完全可以和汞柱基準(zhǔn)液體壓力計(jì)相比的。

　　在1992年初DH公司和美國(guó)NIST的壓力室、長(zhǎng)度室合作采用陶瓷材料和可控間隙結(jié)構(gòu)研制成測(cè)壓范圍為2.5～175kPa，直徑達(dá)標(biāo)50mm的新型活塞壓力基準(zhǔn)。研究表明，借助于活塞系統(tǒng)的新的加工方法、新材料和新技術(shù)已經(jīng)使50mm直徑的活寒系統(tǒng)在幾何尺寸質(zhì)量和內(nèi)在性能上優(yōu)于35mm的活塞系統(tǒng)。NIST通過(guò)直接幾何尺寸測(cè)量得到的不確定度大大低于35mm的活塞系統(tǒng)，其估計(jì)不確定度為5ppM。這種新活塞壓力計(jì)的性能不僅大大提高，而且具有非常好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。自此以后，這種高精度、高穩(wěn)定性的大直徑活塞壓力計(jì)先后被主要工業(yè)化國(guó)家的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室采用作他們的壓力基準(zhǔn)。

　　微電子、微處理技術(shù)和新型傳感器技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智能化、數(shù)字化、高精度、高穩(wěn)定度數(shù)字壓力傳感器和數(shù)字壓力計(jì)的發(fā)展。這方面具有代表性的是80年代初美國(guó)Honeywell公司最早采用微電子、微處理技術(shù)在同一芯片上制作壓敏、溫敏即雙敏傳感器，并在-40℃～80℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，研制成具有雙向通訊功能和數(shù)字、模擬量輸出的智能壓力傳感器和ST3000壓力變送器，其傳感器精度達(dá)0.05%，穩(wěn)定性好，為0.025%/年。

　　美國(guó)派若斯（Paroscientific）公司推出了精度更高（0.01%），穩(wěn)定性更好（優(yōu)于0.01%/年）的數(shù)字式石英壓力傳感器。這是一種在同一石英晶體上制作一石英諧振壓力傳感器和一石英諧振溫度傳感器，采用石英溫度傳感器的輸出對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使傳感器能在-54～107℃的寬廣溫度范圍內(nèi)無(wú)須預(yù)熱即可使用。它還在結(jié)構(gòu)上采取測(cè)壓氣體與壓力敏感元件完全分離的措施，可使傳感器不受測(cè)壓氣體種類和濕度的影響；傳感器內(nèi)部還包含有必要的砝碼自平衡和沖擊保護(hù)裝置，可使傳感器工作在高加速度、沖擊和振動(dòng)負(fù)荷下。因此在太空飛船、導(dǎo)彈實(shí)驗(yàn)室、氣球大氣探測(cè)和衛(wèi)星等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　智能化、數(shù)字化和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問(wèn)世，促進(jìn)了數(shù)字壓力計(jì)的新發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動(dòng)或自動(dòng)控制的數(shù)字壓力計(jì)，其中穩(wěn)定性、可靠性好的數(shù)字式壓力計(jì)不僅可用于高精度壓力測(cè)量，還可以用作壓力計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。派若斯（Paroscientific）公司的740和760系列數(shù)字式石英壓力計(jì)，由于其精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能突出，在國(guó)際上被用作壓力傳遞標(biāo)準(zhǔn)，DH公司采用數(shù)字式石英壓力傳感器研制生產(chǎn)多量程（三量程或六量程）的手動(dòng)或自動(dòng)數(shù)字式壓力計(jì)。上述數(shù)字式壓力的精度為0.01%，它包括非線性、遲滯、重復(fù)性誤差，穩(wěn)定性、溫度影響和檢定所用標(biāo)準(zhǔn)的誤差等，其穩(wěn)定性優(yōu)于0.01%/年。

　　3、動(dòng)態(tài)壓力校準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

　　動(dòng)態(tài)測(cè)試是指被測(cè)參數(shù)隨時(shí)間變化，變化方式有階躍方式，也有各種脈動(dòng)方式。例如：內(nèi)燃機(jī)、柴油機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒壓力變化主要為脈動(dòng)方式，爆炸和武器發(fā)射，其壓力變化類似階躍方式。為了保證各種動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，提出了動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的要求。美國(guó)和前蘇聯(lián)在動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)方面做了大量的研究工作，特別在軍事工業(yè)上發(fā)揮了重大作用。在我國(guó)，如果說(shuō)80年代以前人們對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試尚不熟悉的話，80年代以來(lái)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)測(cè)試已引起科技界和工業(yè)部門的重視，特別是科研院所和高等學(xué)校為此做了大量的研究工作，并建立了包括激波管、快開(kāi)閥和各種正弦壓力發(fā)生器在內(nèi)的一系列動(dòng)態(tài)壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

　　4、現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

　　其實(shí)，國(guó)內(nèi)外早就有“現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)”的做法，那時(shí)由于準(zhǔn)確度低，在現(xiàn)場(chǎng)主要用于檢查工作儀表是否正常，還不能用來(lái)校準(zhǔn)工作特性，也沒(méi)有用“現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)”這種說(shuō)法。

　　90年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，智能化、數(shù)字化、計(jì)算機(jī)、通訊、控制技術(shù)都獲得了迅速發(fā)展，無(wú)論是生產(chǎn)過(guò)程儀表，還是用于科研的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的儀表、傳感器的精度都有很大提高。在這種精況下，工作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件與計(jì)量室的環(huán)境條件不一樣，有的甚至相差很大，有的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作條件還相當(dāng)惡劣，使得在計(jì)量室校準(zhǔn)所得工作特性不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作條件的需要，這一矛盾尖銳地?cái)[在人們面前。如何解決這個(gè)矛盾呢？便提出了要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境和工作條件下進(jìn)行校準(zhǔn)的需要�？蒲猩�產(chǎn)實(shí)踐對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的迫切需求，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀表的開(kāi)發(fā)。

　　90年代初美國(guó)Fluke公司首先推出了十分小巧輕便（體積相當(dāng)于日常使用的萬(wàn)用表）的，能將壓力、溫度、電壓、電流、電阻和頻率校準(zhǔn)、測(cè)試故障尋找以及產(chǎn)生測(cè)試報(bào)告文件于一身的手持式新型多功能現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀。僅用這樣一塊儀表，就可以在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試校準(zhǔn)絕大部分生產(chǎn)過(guò)程儀表、傳感器，使得現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及儀表校準(zhǔn)發(fā)生了革命性的變化，進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展。其它廠商，如英國(guó)Druck等公司也紛紛推出了相應(yīng)的適合現(xiàn)場(chǎng)工作的校準(zhǔn)儀表。

　　使用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀的試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)測(cè)試儀表、傳感器及測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)就能代表測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)運(yùn)行的情況，減少和避免了環(huán)境和工作條件不同引起的誤差，提高了測(cè)試精度，保證了試驗(yàn)的成果和產(chǎn)品的質(zhì)量。人們?cè)趯?shí)踐中還明顯注意到現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)比起把現(xiàn)場(chǎng)儀表拆下來(lái)拿到計(jì)量室校準(zhǔn)大大提高工作效率。

　　近年來(lái)隨著ISO-9000標(biāo)準(zhǔn)的貫徹，其中提出了要在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程中，從設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)和使用過(guò)程中都要實(shí)施“計(jì)量保證”措施。現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)就是測(cè)試儀表在使用過(guò)程中實(shí)施計(jì)量保證的強(qiáng)有力的措施之一。工業(yè)界還注意到過(guò)程檢測(cè)方面還在逐步采用智能儀表、變送器取代普通儀表、變送器，并開(kāi)始用FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)取代DCS集散控制系統(tǒng)，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)提出了更高的要求。因?yàn)檫@些儀表、變送器不是普通的單功能的現(xiàn)場(chǎng)儀表，而是具有綜合功能的智能儀表，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化、全分散、全開(kāi)放。不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以在現(xiàn)場(chǎng)總線上互連、互換，并可換一組態(tài)。為適應(yīng)這些發(fā)展，并考慮到目前HART協(xié)議是國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議，F(xiàn)luke公司進(jìn)一步把F740系列過(guò)程校準(zhǔn)器的功能與HART通訊能力結(jié)合起來(lái)研制成F744HART過(guò)程認(rèn)證校準(zhǔn)器，這將為具有HART功能的智能儀表的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)提供更大方便。

　　對(duì)于智能變送器要不要進(jìn)行定期校準(zhǔn)，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為不用校準(zhǔn)，理由是它們已對(duì)溫度和非線性誤差作了全數(shù)字補(bǔ)償，其實(shí)這是一種誤解。智能變送器對(duì)溫度誤差和非線性實(shí)現(xiàn)全數(shù)字補(bǔ)償雖然提高了精度，也在一定程度上改善了整個(gè)儀表的性能，但還不能從根本上控制誤差的變化，對(duì)于使用工作條件惡劣的變送器情況更是如此。就像我們?nèi)穗m然生活條件和保健條件大大改善了，這只能延緩衰老，但不能停止衰老；會(huì)少生病，但不會(huì)不生病。

　　為了正確使用和維護(hù)品質(zhì)優(yōu)良的智能儀表，我們還是要定期校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其優(yōu)良的使用性能。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　在國(guó)內(nèi)，90年代以來(lái)某些領(lǐng)域在國(guó)家的支持下，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)和儀表的研究也取得了可喜的成果，在數(shù)字壓力市場(chǎng)上也有不少產(chǎn)品可用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，但功能比較單一，穩(wěn)定性尚待提高。國(guó)外的一些現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀產(chǎn)品能把校準(zhǔn)、測(cè)試、故障檢測(cè)以及生產(chǎn)測(cè)試報(bào)告文件等功能集于一身，而且輕便小巧和高可靠性的數(shù)字式壓力計(jì)，都是值得我們借鑒的。

　　我國(guó)面臨不久的將來(lái)可能進(jìn)入WTO，儀表業(yè)在儀表性能、價(jià)格甚至外觀都將進(jìn)一步面對(duì)挑戰(zhàn)，我們需要通過(guò)采用新元件、新工藝、新技術(shù)努力提高數(shù)字壓力計(jì)和各種現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀表的性能，特別要提高穩(wěn)定性和可靠性，增加競(jìng)爭(zhēng)能力以滿足市場(chǎng)的需要。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展，航空工業(yè)部出版的《現(xiàn)代測(cè)量與控制技術(shù)辭典》一書(shū)中對(duì)“現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)”、“在線校準(zhǔn)”、“實(shí)時(shí)校準(zhǔn)”等條目就其內(nèi)涵和應(yīng)用作了相應(yīng)的闡述，可供參考。

　　現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，還有幾個(gè)相關(guān)的問(wèn)題需要予以重視和解決，就是現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀的溯源和校準(zhǔn)規(guī)范。后者包括現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀本身的校準(zhǔn)規(guī)范或檢定規(guī)程和使用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀對(duì)過(guò)程儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)必須遵守的校準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)于多功能多參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀，這兩個(gè)問(wèn)題尤為重要，應(yīng)引起生產(chǎn)廠商和計(jì)量部門的重視，并予以解決好。
 
 
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