仪器校准

对压力控制仪器校准检定规程的思考

作者:calibration    来源:未知    发布时间:2019-04-26 14:06    浏览量:
JJG544-2011《压力控制器检定规程》的实施,无疑给广大计量仪器校准检定工作者减轻了负担,提高了工作效率。笔者根据多年从事控制仪器校准检定的经验,对规程提出如下看法:
 
一、 关于设定值
1. 如何准确读取被检控制器的设定点(值)
根据规程中的描述,压力控制器按照感压元件的类型分为膜片式、膜盒式、波纹管式、弹簧管式和活塞式等,但是规程中并没有对控制器的指示机构(指示器)加以描述和制约,而且国家标准 GB/T27505-2011《压力控制器》中同样没有加以描述,这就造成了市面上出现各种各样指示结构的控制器,如图1、图 2、图 3 所示。
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其中,图1 为某国产控制器的前面板,图 2 为美国 SOR 压 力控 制器(图中 3000kPa 与 4000kPa 之间的指示标记为出厂时的设定点标记,控压范围:1.379MPa~12.066MPa),图3 为美国 ITT 压力控制器。图1 和图 2 中的控制器有指示机构,能够读出设定点,但是图1中控制器的指针较粗,导致在检定过程中不能准确读取设定点的数值,难以确定按照指针的上沿、下沿还是中间读数。如果按照指针中间位置读数,是否需要增加类似 JJG52-2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表校准检定规程》中对指针指示端宽度的要求(JJG52-2013 要求指针指示端的宽度不应大于分度线的宽度)。对于图 2 中的控制器,检定员通过保持视线水平来观察螺钉上沿对应的位置,然后进行读数,这种读数方式很容易因为个人读数习惯的不同和视线不水平等问题导致无法准确读数。图 3中的仪器则完全没有指示机构,故不能直接读取实际设定点。
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2.由控制器指示值不准确导致的问题
根据 JJG544-2011,对于设定点可调的压力控制器,其设定点误差是在其量程的上、下限附近分别进行检定,然后按照压力控制器的安装用途给出其上(下)切换值的误差。如果不能准确地读取被检控制器的设定点,那么在进行设定点偏差的检定时,极有可能导致该项目检定不合格。若图1和图 2中控制器的准确度等级均为 4 级,那么与之对应的设定点偏差的最大允许误差分别为±0.04MPa 和±0.483MPa,而图1和图 2 两个控制器的最小刻度分别为 0.2MPa 和1MPa,其分辨力分别为0.1MPa 和 0.5MPa,即两个控制器的最大允许误差均小于其分辨力。在检定过程中可能由于控制器指示机构不能准确地指示其设定值,导致设定点检定结果超差。设定点检定结果超差详细数据如表1 所示。
 
由表 1 可知,图1国产控制器,分辨力对设定点调整的影响远远超出设定点偏差的允差范围,因为该控制器的指示机构不能准确指示设定点的值,所以会造成设定点偏差检定时的误判。图 2 美国 SOR 控制器,分辨力对设定点调整的影响略大于设定点偏差的允许范围,虽然可以认为该控制器的指示机构基本能够准确指示设定点的值,但是分辨力对设定点调整的影响仍然会超出设定点偏差的允许范围,故在实际检定过程中也会造成设定点偏差检定时的误判。若上述两个控制器的准确度等级为1 级,设定点检定结果超差详细数据如表 2 所示。
 
由表 2 可知,两块控制器的分辨力对设定点的影响均远远大于设定偏差的允差范围。此时,不能按照控制器的指示机构准确调整控制器的设定点,故无法进行设定点偏差的检定。当准确度等级为 4 级和1 级时,上述两块控制器在检定过程中,检定员不能通过控制器的指示机构准确地得到控制器的设定值。同样地,使用方在使用控制器时,亦不能够准确地得到控制器的设定值,给使用方造成困扰。如果使用方对压力控制要求较高,那么图1、图 2、图 3 所示的控制器必然会给使用方造成严重损失。当使用方需要准确可靠的设定点时,可采取的方式通常有 3 种:一是配备具有相应准确度等级的压力标准装置,对所用的控制器进行微调;二是委托生产厂家进行微调;三是购置设定点不可调的控制器。这些方法中,压力控制器的指示机构基本上形同虚设。此时,规程上对压力控制器设定点偏差的检定内容也就没有存在的价值了。
 
3.JJG544-2011对“对设定点偏差没有要求的控制器可以不做此项目”的规定
在 JJG544-2011 之 4.3 设定点偏差的表 2 中有注释写到“对设定点偏差没有要求的控制器可以不做此项目”。那么,可以假设某控制器的说明书或铭牌上没有对该类控制器的设定点偏差做计量性能上的要求,按照规程的规定,在对该控制器进行检定时,无需对设定点偏差这个项目进行检定。但是,JJG544-2011 之 6.3.4 重复性误差上的规定,该检定项目的数据依赖于 JJG544-2011 之 6.3.3 的检定结果,而JJG544-2011 之 6.3.3 正是设定点偏差的检定。那么,我们是不是可以推导出这样一个结论:由于设定点偏差不需要检定,那么就导致没有检定数据去支撑重复性误差的检定,故重复性误差也不需要检定。同样的问题还出现在 JJG544-2011 之 6.3.5 切换差中,该检定项目的数据同样依赖于6.3.3的检定结果。那么,是否同样可以推导出这样一个结论:由于设定点偏差不需要检定,那么就导致没有检定数据去支撑切换差的检定,故切换差也不需要检定。为了避免上述两种冲突情况的发生,笔者建议今后若修订规程,将注释中“对设定点偏差没有要求的控制器可以不做此项目”改为: “对设定点偏差没有要求的控制器对其设定点偏差项目不判定是否合格”。同样的问题也出现在 JJF1418-2013《压力控制器型式评价大纲》中。
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二、 关于触点的问题触点,可以说是控制器中除感压元件外第二重要的部件,其性能的好坏直接影响控制器的使用。但是 JJG544-2011 规定的仪器校准检定项目中,如 6.3.2 控压范围和 6.3.3 设定点偏差,仅提到了让触点动作,并没有具体定义触点动作到底是一种什么现象。通常我们使用手持式数字多用表的欧姆挡去测量控制器的常开或常闭接线端与公共端之间的电阻,根据电阻值的瞬间变化,或数字多用表自带的电阻通断报警来判断触点是否动作。在缺少数字多用表时,也可用耳朵听触点动作时发出声音的方式来判断触点是否动作。一块工作正常的控制器,其触点动作发出声音的时间,应该与使用数字多用表测量控制器接线端时测量到电阻变化瞬间的时间一致,即两者的变化是同步的。但是,根据笔者多年从事控制器检定的经验来看,还存在触点已经发出动作声音,但数字多用表测量出来的电阻值没有发生变化的情况。这时,我们只能依照电阻值发生变化时所用压力标准指示的压力值作为测量结果,而不能采用触点发出动作声音是压力标准指示的压力值作为测量结果。因此,笔者建议在规程的仪器校准检定用配套设备中加入带有电阻通断报警功能的数字多用表,或其他具有相同或相似功能的仪器仪表,并在仪器校准检定方法中,明确注明使用该设备作为检定的辅助工具。
 
三、 重复性误差的处理
根据 JJG544-2011 之 6.3.4 的要求,同一个仪器校准检定点针对上下切换值会各自有一个重复性误差,又因为控制器的检定点有两个,因此对控制器的上下切换值会得到两个重复性结果。如何处理这两个重复性误差,是取平均值作为最终结果还是取最大值作为最终结果,规程中没有明确表述。因此,笔者建议若今后修订规程,应明确对重复性误差进行数据处理的方法,建议使用最大值。
 
四、 大胆假设
在通常压力控制器的仪器校准检定工作中,计量仪器校准检定人员只在其量程的上、下限进行了检定,基本上都无视送检客户在实际使用控制器时的使用点(即需要控制器进行触点动作时对应的压力值)。这不得不说是一个疏忽,因为如果站在使用方的角度,往往更关心控制器能够在其所需要的设定点附近保持良好的计量性能,而不关心其设定点上下限附近是否具有良好的计量性能。那么,对控制器测量范围内的其他压力点来说,保障其计量性能的仪器校准检定项目仅为切换差与重复性。因此,我们是否可以将整个步骤逆向来看:先由使用方自行确定控制器的设定点,再由计量仪器校准检定机构根据规程对该设定点的重复性与切换差进行仪器校准检定。如此一来,既能够保证使用方送检的控制器在其所需要的设定点上有非常良好的计量性能,又能够有效减少计量检定人员的工作量,提高工作效率。当然,如果按照上述内容操作,那么压力控制仪器检定规程就必须变成压力控制器校准规范。

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