基准微压计及其不确定度分析

《基准微压计及其不确定度分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基准微压计及其不确定度分析中国计量科学研究院热工处李燕华摘要:1999年始，我们对(0--2500)Pa微压基准进行了技术改造。本文介绍了改造后我国(0-2500)Pa基准微压计的基本工作原理并对其不确定度进行了分析。关键词基准微压计;不确定度月U舀(0---2500)Pa微压基准是迄今为止我国微压段压力里值唯一的微压基准。该基准研制于70年代。经过十年的运行试验.于86年正式被国家计里局批准建立为微压基准，并相应建立了完善的管理制度和操作规范。它的建立填补了我国微压段压力量值的空白。自建立起，便肩负起

2、了大里的微压最值的传递工作。特别是近几年来.越来越多高精度的微压段压力仪表在市场诞生.它们的量值溯源、校准及检定均由此微压基准担当。可以说它为我国计量、石油、化工、电力、航空航天、医药、机器制造等领域的各企事业单位微压段压力最值的复现及传递作出了很大的贡献。(0---2500)Pa微压基准采用补偿式原理，即通过可动容器位移变化来补偿被测压力所引起的静止容器中液体零点的变化.并通过测量可动容器的位移里而得到被Al压力的，这样它实际上是长度的测里。原有微压基准由于它研制及建立年代较早.采用的是光学定位和量块

3、测长，尽管方法较为落后.但它的主要技术指标具有较好的长期稳定性。原微压基准长度All的标准不确定度为0.0043mm，扩展不确定度为。.013mm(k=3)1999年我院压力室开始对(0---2500)Pa微压基准实施技术改造。对部分原有技术手段及方法进行改进。主要改造包括:改光学定位为超声定位;改肉眼读数为计算机采数:改里块测长为激光干涉测长:改手动驱动为伺服电机驱动.并增加了铂电阻钡川温及计算机数据处理系统。一、基准微压计工作原理(0---2500)Pa基准微压计采用补偿式原理，即通过移动u型管可动

4、一端的位移变化来补偿被测压力所引起的u型管不可动一端的液体零点的变化，通过测量可动容器位移里而求得被测压力。其中可动一端的位移变化用激光干涉仪测长(激光干涉测长系统)，不可动一端用超声波测里技术负贵定位(超声定位系统)。其工作液体为离子水。基准微医计主要包括超声定位系统、激光干涉测长系统、伺服控制系统、精密容器升降系统、测温系统及计算机数据处理系统。当微压基准没有压力导入时，即u型管两端通大气，此时超声波定位系统测量出固定端液位的高度.记录此高度。并以此高度为定位高度。之后，将被测压力与微压基准固定端相

5、连，水位会发生变化(会有水位差产生).此时超声定位系统测量出水位变化里.并将此信号输送给伺服电相.通过伺服电机驱动丝杠带动u型管可移动一端上下移动最终使超声定位系统测量的水位高度保持在初始定位高度，这时由激光干涉仪测量出u型管可移动一端移动的位移，再根据液体压力计基本方程(P=pgh)并考虑相关弋各正即可测得被测压力。工作示意如图1;伺服驱动系统激光干涉测长容器升降系统图I(一)超声定位系统超声定位系统采用的是超声波测长技术，它是通过}oa量却声波在水中从发射到接收所需要的声时(即脉冲回波计数法)来测量

6、水面高度的，也就是H}Tl2(H为要侧的水面高度:v为超声波在水中的声速;T为超声波从发射到接收的声时)。由于超声波在水中的声速是一个相当敏感的量，它随水的成分、饱和气体的量以及温度等因素而改变，因此为了实时地测得超声波在水中的声速，我们设计了一个己知距离的标准管(此标准管的长度与已经过较为精确的测量)，此管与固定容器相通，这样我们通过精确地测量超声波从发射到接收的声时，就能实时地求得超声波在水中的声速。超声定位系统主要包括:标准管和测高管、超声精密测时装置及显示器两大部分。标准管和测高管是相通的两个不

7、锈钢容器，为了减小工作时的工作介质挂壁对测量结果的影响，其内壁经过研磨和抛光具有很高的光洁度。标准管中充满离子水，而测高管中离子水的高度是需要测量的。如前所述，标准管用于对超声波在水中的声速进行实时地测量，这样分别通过精确测量超声波在标准管和Al高管中从发射到接收的时间毛、T,通过公式1就能算出测高管中水面的高度LeTL=-xL。公式了n超声精密测时装置的M」时!作原理如图2。标准管和测高管的换能器均采用一发一收方式。首先由单片机触发发射电路，使超声换能器发出一超声脉冲，超声脉冲信号经接收换能器接收后通

8、过放大器放大，再由过零电平检测电路检测出接收信号前沿到达的瞬间。然后送入计时门电路，由计数器计出从超声发射到接收时间间隔内高频时标脉冲的个数，从而计算得到所需测量的声时。实际测量中，考虑到探头壁厚、电缆长度、仪器电路和触发电平等引起的系统声延时:，对标准声时和测高声时的测量采用相同的探头壁厚、电缆长度、仪器电路和触发电平，并采用测量接收探头第二次回波与第一次回波声时差的方法来消除声延时下。图2立体棱镜2立体棱镜1激光图3(二》激光测长系统激