便携式空盒气压表校准装置

陈鑫　杨冬磊　陈庭容　杨京兆 / 上海市计量测试技术研究院

摘　要　采用内置的高准确度压力模块和人性化的控制系统作为主机核心部件，设计了一种集气压源、电源、控制系统、显示系统和外接系统为一体的便携式空盒气压表校准装置，并研制了具有透明窗的密封检定箱，满足了空盒气压表现场校准的需要。与有资质的实验室间的比对试验结果验证了校准结果的准确度。

关键词　空盒气压表；便携式；校准

0　引言

空盒气压表是以变形元件作感应的一种大气压测量仪器。它以携带方便、测量准确、测压范围广、使用维护简便、无汞污染等优点广泛地应用于气象、军事、航空、航海、农业、测量、地质、工矿企业和科研等领域，成为测量大气压力的常规仪器。为满足空盒气压表现场校准的需要，需要研制一套适合于现场校准的空盒气压表检测装置。

盒气压表的量程设置一个宽于该量程的上下限，用于保证输出到被校气压表上的气压不会超过其量程，从而起到保护被校气压表的作用。该设置将会被校准装置记忆，重新启动后仍有效。校准装置的控压目标值受此条件，如果超出会要求重新输入控制范围的上下限。

3）根据JJG 272-2007《空盒气压表和空盒气压计》中5.1.3.1的规定，辅助设备中的检定箱具有示值检定所需要的升压和降压功能，并具有良好的气密性，其漏气率在10 min内气压变化不得大于0.3 hPa。因此，气压稳定条件就是输出气压与设定气压差值不得大于0.3 hPa，气压稳定延时范围为2～250 s。控制过程中同时满足以下两个条件可判定气压稳定：

（1）(输出气压-设定气压)≤高压/低压量程×气压稳定度；

（2）持续满足（1）条件达到气压稳定延时时间。4）装置气压变化的速度分高、中、低三档。气压变化速度越高，进气排气越快，控压也越快。在校准气压开关时，低速能更好地保证开关的校准准确性，临近动作切换点时，速度越慢捕获的动作值越准确。

1.2　多功用与智能化的主机主机的显示系统为LCD彩屏，可自定义显示位数。主机软件内置了气压单位互相转换的程序，程

图1　装置设计

1　装置构成及原理

1.1　装置构成及原理1）装置由一个功能集成化的主机和一个密封性能良好的箱体构成，如图1所示。其中，排气阀与标准器、显示设备、A/D转换器、压力源等为装置中的主机。检定箱的排气阀直接与主机相连，由主机控制排气。

序里除了最基本的hPa单位外，还包括Pa，kPa，MPa，psi，bar，mbar，inH2O，mmH2O，inHg，mmHg，kgf/cm2等气压单位。

2）气压源的输出上下限可控制，根据被校空

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主机中内置全自动压力源，包括充电电池和高准确度模块，包含了气压发生、气压测量、电信号测量与输出及Hart通信功能，并通过控制面板进行人机交互，使检定员能很方便对主机的各个功能进行操作与使用。

主机上还有压力源的输出系统，主要用来输出气压源，包括正负压。输出口（OUTLET）为气压输出接口，连接被校压力表。本装置中，输出口直接与检定箱相连。如果被校气压表有标准接口而不必使用检定箱时，输出口也可以直接与被校气压表相连。本装置气压设计的控制容积为0～100 mL，超过此范围的容积接入会导致超出指标范围的过冲。如果系统中有很大的泄漏会影响气压控制稳定性。因此，系统在监测的泄漏超过一定指标时，主机的显示系统中会出现气压过低的提示，以供检定员检查各个接口是否有漏气现象，能有效监控整个测试过程。主机上还有排空口（VENT），排空口用于快速泄压及排污。排空口也设计成6 mm规格的一个气管接口，这是为了保证在使用过程中如果有有毒气体排出，可以直接连接到一个收纳空间，以免污染环境或者对人员造成伤害，而且使用导管还能有效降低排空时的气流噪声。

在主机的外接端口上设计了一个气压模块测试接口，可以方便测试带气压模块的气压类仪器。在气压表长时间工作时或者电池工作不正常时，可以用DC27V的直充端口，既可以满足充电要求，也可以满足电池工作不正常时的供电要求。对主机中测试数据有导出要求时可以使用RS232端口。

综上所述，本装置中的主机采用全智能控制。运用精密测量和数字控制技术快速输出高准确度和高稳定性的气体压力，同时配合高准确度的电信号测量和输出功能、良好人机交互的控制系统以及方便快捷的气压源外接系统和电源端口，使整个主机满足本装置对气压源以及准确度的要求。1.3　密封性强的检定箱装置中的检定箱主要用来对空盒气压表进行加压和疏空测试。绝大多数空盒气压表没有外接的气压源接口，弹性元件直接与空气接触指示出当前的气压值。针对这一情况，在校准时必须结合装置中的主机使用，因此检定箱必须满足三个要求：密封、便携、可视。

为确保密封性，在检定箱的底座上设计一个圆形的凹槽，凹槽中有橡胶垫圈，使底座与检定箱的顶盖下端的凸出部分咬合住。经过旋转后，用两个

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螺钉进行固定。两个螺钉能进行松紧调试，这样的设计充分保证了检定箱的密封性达到要求。

对于检定箱便携性能的设计，主要原则是在放置空盒气压表条件下尺寸尽量小。针对这个原则，采用DYM3型空盒气压表的尺寸为检定箱设计参照样本，如图2所示。检定箱顶盖的上端设计为一块透明的钢化玻璃，通过视窗观察能在测试时准确读数，满足可视的要求。

图2　检定箱（内为DYM3空盒气压表）

检定箱的设计与制作满足装置密封、便携、可视的要求。检定箱通过一根6 mm规格的气管与主机相连后，构成了整体功能多、方便携带、准确度高的校准装置。

1.4　装置创新性及技术关键1）本装置采用内置的高准确度绝压压力模块，准确度等级达到0.01级，不仅满足了所有空盒气压表、空盒气压计的校准需求，也能对0.02级以下的数字式气压计或者压力变送器、压力传感器进行校准。

2）本装置满足空盒气压表校准要求的同时注重便携式，从而使装置具有体积小、质量轻、功能全的特点。装置的核心为一台集内置气压源、电源、控制系统、人性化的显示系统和外接系统等为一体的主机，多功能、集成化的设计满足了对装置方便、快捷的要求。

3）检定箱采用反扣式嵌槽方法，解决了箱体密封性问题，并在顶部用一块透明的钢化玻璃做密封盖。独特的检定箱设计，使密封性和可视性有效地合二为一。

4）利用主机控制气源的上下限，用延时方法来判断标准值与检定箱的差值以实现气源的稳定性。

2　装置性能验证

装置研制完成后对装置的性能进行了比对，以对装置的能力进行验证。比对试验数据见表1。

表1　A、B两实验室空盒气压表的气压示值

标准气压值/hPa810.0860.0910.0960.01 010.01 060.0实测值/hPaA809.2859.2909.3959.31 009.41 059.3B809.1859.2909.4959.21 009.41 059.2并在气象、环境等领域得到了应用，具有较好的推广应用价值。参考文献

[1] 党选发，黄蕊，刘永强，等.西北区域气象计量实验室综合能力比对结果分析[J].气象科技，2014（01）：62-67.

[2] 王雪松，王力，阎增奎.一种基于气压温度系数检定设备的设计

与实现[J].科技创新导报，2012（32）：42-44.

[3] 刘述广，杨晓凌，田艳，等.空盒气压表实验室间比对测量结果

不确定度评定[J].气象水文海洋仪器，2006（02）：17-19.

[4] 全国压力计量技术委员会.JJG 272-2007空盒气压表和空盒气压

计检定规程[S].北京：中国计量出版社，2007.

通过比对试验数据的计算，对试验结果进行判定。yA = -0.8 hPa，yB = -0.9 hPa

式中：yA —— A实验室的最大气压示值误差；

　yB —— B实验室在同一测量点处的气压示值误差

比对报告中两台空盒气压表测量结果的最大差值为

│yA - yB│ = 0.1 hPa

= 0.67 hPa式中，U1 —— A实验室气压示值误差的不确定度；

　U2 —— B实验室气压示值误差的不确定度满足│yA - yB│ ≤ The calibration device of portable aneroid

barometers

ChenXin，Yang Donglei，Chen Tingrong，

Yang Jingzhao（Shanghai Institute of Measurement and Testing

Technology）

Abstract: By adopting a built-in pressure module with high precision and humanized control system as core components of the main unit, a portable calibration device for aneroid barometers was developed, which integrated pneumatic supply, power supply, control system, display system and peripheral system into a whole. In addition, a seal-style test box with a transparency window was made to meet the needs of on-site calibration of aneroid barometers. The contrast test with the qualified laboratory verified the precision of the calibration results.

Key words: aneroid barometer; portable; calibration

3　结语

本装置设计了一套集气压源、电源、控制系统、显示系统和外接系统等为一体的便携式空盒气压表校准装置。该装置的校准结果与有资质能力的实验室做了比对实验，结果符合要求。装置具有体积小、质量轻、功能全的特点，满足了现场校准的要求，

（上接第28页）

参考文献

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Application of calibration modules for arc-shaped contact-type surface thermometer

Xu Hanqing，Lin Shupei，Zhou Wanli（Suzhou Institute of Measurement and Testing

Technology）

Abstract: This paper studies calibration methods for arc-shaped contact-type surface thermometers, constructs a calibration device, designs three kinds of calibration modules. A serials of experiments verify the feasibility and effectiveness of the calibration device. The research carries out the beneficial exploration for the calibration of various types of special shaped thermometers encountered in the practical work.

Key words: arc-shaped; contact-type; surface thermometer; calibration

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