PAGE旁路式數字壓差計校準規范編制說明規范起草組2022年09月《旁路式數字壓差計校準規范》編寫說明一、任務來源2022年6月，吉林省計量科學研究院申請編寫《壓差計》吉林省地方校準規范。2022年7月吉林省市場監督管理廳同意批準立項。二、制定規范的必要性旁路式數字壓差計（以下簡稱壓差計）主要應用于電子制造、醫藥、生物技術、航空航天、礦井等行業，用于對實驗室、生產環境和設備進行微差壓的測量及監控，涉及環境監測、安全防護等方面。其中，當壓差計用于實驗室、生產車間等密閉空間內外的壓差測量時，其準確度就會影響密閉環境內外壓差的控制效果，間接影響企業產品的質量；當用于暖通空調等設備的運行參數調試和正常運行的壓力測量時，尤其是調試房間空調的送風量大小時，如果送風量過大還會增加能源的消耗，造成能源的過度浪費，增加企業的成本；當用于礦井等行業通風管道風壓的測量時，甚至還會影響到生產安全和人身安全。目前，國內生產壓差計的中小企業主要有蘇州潔儀凈化科技有限公司、蘇州宏瑞凈化科技有限公司、希瑪儀表(SMARTSENSOR)、天津凱士達儀表有限公司、東莞市新睿儀器儀表有限公司、深圳博邁儀表科技有限公司等；國外的制造商主要有美國德威爾（DWYER）、法國凱茂（KIMO）等公司。壓差計的主要使用單位為電子制造、醫藥、生物技術、航空航天、礦井等企業和暖通空調行業。用于對實驗室、生產環境和設備進行微差壓的測量及監控、暖通空調等設備的運行參數調試和正常運行的壓力測量，吉林省目前有溯源需求的達到100余臺。規范制定后，可以改變目前壓差計無法實現量值溯源的情況，為壓差計的校準工作提供可靠的技術依據，從而保證壓差計量值的一致性和準確性，具有重大社會效益。三、規范制定簡要過程1.規范修訂任務批準立項后，起草小組在思想上、技術上、資料上作了充分的準備工作。2.起草小組對蘇州潔儀凈化科技有限公司等壓差計的主要生產廠家和銷售企業、檢定、校準機構進行了大量的調研并廣泛聽取了意見，對產品的生產狀況、出廠檢驗方法、壓差計校準規范的溯源方法有了較深的了解和認識。3.規范起草人在調研和聽取意見的基礎上，在起草小組內部進行征求意見并討論相關問題，根據起草小組的討論結果及時進行修改，通過實驗形成數據支撐，編寫完成初稿。四、主要制定內容結合規范正文的相應部分，對技術指標和要求進行具體解釋和說明。1范圍本規范適用的對象是具有旁路結構的差壓式數字壓力計，即高低壓室在內部是聯通的，不能使用JJG875-2019《數字壓力計》進行靜態檢定或校準。根據生產廠家的生產狀況，目前，旁路式數字壓差計的測量范圍不超過±2500Pa。校準壓力的大小主要與調節的流量大小有關，流量的穩定性取決于儲氣罐壓力和容積的大小有關，校準方法和校準項目是不變的，測量范圍進行限制進行。2引用文件術語定義參考了JJG875《數字壓力計》、JJF1008-2008《壓力計量名詞術語及定義》等相關內容。3術語定義3.1.1微熱壓差傳感器microthermaldifferentialpressuresensor流體在壓差的作用下流經微熱壓差轉換單元時，硅芯片上溫度差按照一定的規律轉換成可用的輸出信號的器件或裝置。旁路式微熱壓差傳感器結構和原理如圖1所示。主通道主通道旁路微熱壓差轉換單元溫度傳感器硅氣流加熱器圖1旁路式微熱壓差傳感器結構和原理示意圖微熱壓差傳感器的工作原理：硅芯片中心設置一個微型加熱器，左右各一個溫度傳感器，給加熱器施加一個電壓，電阻熱效應使芯片表面溫度升高。當管內流體流過時，傳感器左右兩端有壓力差，由于流體的貼壁效應（貼壁的流體薄層往往是層流流動），下游的溫度傳感器對應的流體溫度更高，此時左右溫度計就會有溫度差，顯然，流體流速越快對應的流量越大，壓差越大，溫差也越大，基于溫差的電信號輸出值也越大。3.1.2旁路式數字壓差計bypassdigitaldifferentialpressuregauges采用旁路式結構設計的微熱壓差傳感器作為測量元件，用于壓差測量的數字壓力計。3.2計量單位壓差計使用的法定計量單位為Pa（帕斯卡）或kPa。4概述描述了壓差計的用途、原理和結構和使用情況。壓差計主要用于氣體壓差的測量。壓差計工作原理：氣體在壓力差的作用下產生氣體流動，氣體流經壓差計的微熱壓差傳感器時，傳感器輸出電信號或數字信號，經信號處理單元處理后在顯示單元直接用數字顯示出被測壓力的量值。壓差計的工作原理示意圖與數字壓力計一致。壓差計廣泛用于電子制造、醫藥、生物技術、航空航天、礦井等企業和暖通空調行業。用于對實驗室、生產環境和設備進行微差壓的測量及監控、暖通空調等設備運行參數的調試和正常運行的壓力測量。5計量特性5.1示值誤差由于壓差計受到原理和結構的限制，相比而言，整體的準確度不高，根據市場目前的使用狀況，沒有準確度等級劃分，故按照最大允許誤差進行區分。5.2零位漂移、5.3靜壓零位誤差5.2～5.3參考了JJG875《數字壓力計》，計量特性要求一致。5.4示值重復性由于壓差計的校準是在氣體流動的動態情況下進行的，氣流受到溫度波動，周圍物體振動等多種因素的影響，所以增加了示值重復性的測量，是校準結果不確定度的主要來源。5.5絕緣電阻明確僅對交流供電或采用電源適配器輸出直流供電的壓差計進行絕緣電阻測試，大部分使用9V電池作為電源的不需要進行絕緣電阻的測量。6校準條件從環境條件和測量設備等方面進行要求，考慮到測量過程中的氣流可能引起壓力變化，故僅考慮差壓式數字壓力計作為標準器。6.1環境條件6.1.1溫度：（20±5）℃，溫度波動不超過±0.5℃/10min。考慮到壓差計采用的微熱壓差傳感器的測量原理，故對溫度的要求不高，故為（20±5）℃；為保證氣流的穩定，示值的可重復性，溫度波動要求到0.5℃/10min。6.1.2相對濕度：不大于85%。6.1.3避免環境大氣壓力的劇烈波動，遠離空調的出風口和回風口。校準系統出氣口是通大氣的，壓力波動會造成壓差系統壓差的變化，從而影響校準系統中氣體流速的變化。6.1.4校準環境附近應無明顯的機械振動和外磁場（地磁場除外）。機械振動會造成校準系統的振動，管內氣流的波動，影響示值的穩定性。6.2測量標準及其他設備校準時，所需標準器的測量范圍應不小于壓差計的測量范圍。標準器的最大允許誤差絕對值應不大于被檢壓差計最大允許誤差絕對值的1/3。測量標準及配套設備見表2，也可以使用符合要求并能實現測量的其他儀器。表中從儀器設備的用途進行考慮，并規定了其相應的技術要求。表2測量標準及配套設備序號儀器設備名稱技術要求用途1差壓式數字壓力計符合6.2的要求，0.05級及以上的數字壓力計，年穩定性合格校準壓力計量特性的標準器2流量調節閥調節細度：不大于0.1mL/min調節流經壓差計的氣體流量，控制壓差計兩端的壓差3儲氣罐氣源的介質為空氣或者氮氣，校準過程中應能保證輸出穩定的氣體流量，并達到壓差計測量上限時的流量需求提供穩定的氣源4絕緣電阻測試儀額定電壓：直流100V、直流500V；準確度等級：10級用于測量絕緣電阻5溫度計測量范圍：（0~50）℃；分度值：不大于0.1℃用于監測環境溫度7.1校準項目除示值重復性以外，其他項目均參考于JJG875《數字壓力計》。由于測量過程氣體流動，屬于動態測量，介質又為氣體，受環境溫度的影響較大，因此增加了“示值重復性”校準項目7.2校準方法7.2.1外觀及功能性檢查按照7.2.1.1~7.2.1.4采用目測和手動的方式進行檢查，不應有影響計量性能的缺陷，滿足上述要求后，方可進行校準。7.2.2校準前的準備工作及要求7.2.2.1熱平衡時間由于微壓氣體受溫度的影響較大，開始校準前，需要標準器、壓差計、恒溫裝置、儲氣罐應在校準環境條件下至少放置2h。7.2.2.2通電預熱時間考慮到電子產品的元器件受溫漂的影響，需要預熱一段時間后會穩定。具有電源供電的標準器和壓差計，通電預熱時間應滿足制造廠商提供的信息，一般不少于30分鐘。7.2.2.3校準系統連接為防止氣源壓力降低影響氣流的穩定性，儲氣罐內的壓力應滿足要求，以保證在試驗過程中，氣源壓力變化不大；LHLHHL標準器壓差計流量調節閥開關閥儲氣罐通大氣7.2.2.4預壓試驗壓差計校準前，應進行預壓試驗，預壓的目的使壓力傳感器進入工作狀態，減小彈性遲滯和彈性后效的影響。預壓試驗結束時，先關閉流量調節閥，再關閉儲氣瓶的開關閥，能保證一部分氣體存于恒溫水浴內進行充分的恒溫（熱交換）。7.2.3零位漂移預壓試驗完成后，將壓差計零位初始值調到“0”，然后每隔15min記錄一次顯示值，直到1h。所有顯示值與初始值的差值中，絕對值最大的數值為零位漂移。7.2.4示值誤差具有正壓、負壓量程壓差計的校準點不少于9個點（含零點），應包含測量上限和下限；僅有正壓量程壓差計的校準點不少于5個點（含零點），應包含測量上限。所選取的校準點應較均勻地分布在全量程范圍內，也可以根據客戶的要求進行校準點的選擇。每個校準點的標準器示值與選擇校準點的最大偏差應不超過該校準點的±5%。打開氣源，緩慢調節流量調節閥，增加氣體流量，使升壓平穩，各校準點的壓差值調好后應穩定至少15s，讀取并記錄被校準壓差計示值4次，讀數期間標準器的示值變化量應不大于其分辨力，否則應等到標準器示值穩定后再重新進行讀取。按照上述方法進行校準直至測量上限。每個校準點壓差計4次讀數的算術平均值與標準器的示值之差作為該點的示值誤差，按公式（1）計算。（1） （2）式中：——壓差計各校準點示值誤差，Pa；——壓差計各校準點4次讀數的算術平均值，Pa；——壓差計各校準點第n次讀數值，Pa；——各校準點的標準器示值，Pa。具有負壓量程的壓差計，應將圖4中標準器和壓差計的高壓（H）端和低壓（L）端進行對調后重新接入校準系統中，按照上述方法進行校準。7.2.5回程誤差回程誤差的校準與示值誤差校準同時進行，利用示值誤差的校準數據進行計算。同一校準點正、反行程示值之差的絕對值即為該校準點的回程誤差。7.2.6靜壓零位誤差壓差計高、低壓端通大氣，將壓差計零位初始值調到“0”，再按圖2所示的方式進行連接，緩慢加壓至額定最大靜壓壓力（允許過載壓力），待壓力穩定后，讀取壓差計的示值。按照上述方法連續重復進行3次測量，取3次示值中絕對值最大的數值作為靜壓零位誤差。標準器連接管路壓差計壓力發生器HL圖2靜壓零位誤差校準連接示意圖7.2.7示值重復性按照7.3.3的操作方法，對被校準壓差計施加測量上限50%的壓力，待標準器示值達到穩定狀態后，讀取壓差計示值，按上述方法重復測量4次，示值重復性按公式（2）計算。（2）式中：s——示值重復性，Pa；Rmax——壓差計各校準點示值的最大值，Pa；Rmin——壓差計各校準點示值的最小值，Pa；C——極差系數，當測量次數n=4時，C=2.06。7.2.8絕緣電阻在校準條件下，斷開壓差