压力变送器示值误差测定

技术概述

压力变送器是一种将压力信号转换为标准电信号输出的工业自动化仪表，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、轻工等领域的生产过程控制和监测系统中。作为过程控制系统的核心传感器件，压力变送器的测量准确性直接影响到整个控制系统的可靠性和安全性。因此，对压力变送器进行示值误差测定具有重要的实际意义。

示值误差是指压力变送器输出信号所对应的压力值与标准压力值之间的差值，它是评价压力变送器计量性能最重要的技术指标之一。压力变送器示值误差测定是通过将被检压力变送器与标准器进行比较测量，确定其在规定测量范围内各测量点的示值误差是否在允许范围内，从而判断其是否合格的计量检定过程。

压力变送器示值误差的来源是多方面的，主要包括：传感器本身的非线性误差、滞后误差、重复性误差；环境温度变化引起的零点漂移和量程漂移；电源波动对输出信号的影响；安装位置不当引起的静压误差；长期使用后元件老化产生的漂移等。通过定期进行示值误差测定，可以及时发现压力变送器的性能变化，为调整、维修或更换提供科学依据。

根据国家计量检定规程JJG882-2019《压力变送器检定规程》的规定，压力变送器的准确度等级通常分为0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级等。不同准确度等级的压力变送器，其允许的示值误差限值也不同。示值误差测定必须严格按照规程要求，在规定的环境条件下，使用符合精度要求的标准器和配套设备，按照规定的测量点数和测量方法进行。

检测样品

压力变送器示值误差测定适用的检测样品范围广泛，涵盖了各种类型和规格的压力变送器产品。按照测量原理分类，检测样品主要包括以下几类：

• 应变式压力变送器：利用电阻应变片感受压力变化产生应变，通过测量电阻变化来确定压力值，是目前应用最广泛的一类压力变送器。
• 电容式压力变送器：利用压力作用于电容极板引起电容变化的原理工作，具有精度高、稳定性好的特点。
• 压电式压力变送器：利用压电材料的压电效应实现压力测量，适用于动态压力测量。
• 扩散硅压力变送器：采用半导体扩散硅芯片作为敏感元件，具有灵敏度高、响应速度快的特点。
• 蓝宝石压力变送器：采用蓝宝石晶体作为敏感元件，可在高温、强腐蚀等恶劣环境下稳定工作。

按照测量范围分类，检测样品可以涵盖从微压到超高压的各个量程范围：

• 微压压力变送器：测量范围通常在-10kPa至10kPa之间，用于暖通空调、洁净室压差监测等场合。
• 低压压力变送器：测量范围通常在0至100kPa之间，用于气体流量测量、液位测量等场合。
• 中压压力变送器：测量范围通常在0至10MPa之间，是工业过程控制中应用量最大的类型。
• 高压压力变送器：测量范围可达100MPa以上，用于液压系统、高压化工反应器等场合。

按照输出信号类型分类，检测样品主要包括：模拟量输出型（如4-20mA直流电流信号、1-5V直流电压信号等）；数字量输出型（如HART协议、Modbus协议、Profibus协议等智能通讯协议）；以及模拟数字复合输出型等。

在进行示值误差测定时，送检样品应处于正常工作状态，外观应无影响计量性能的损伤。样品应配备完整的产品技术资料，包括产品说明书、测量范围、准确度等级、输出信号类型等关键参数信息。

检测项目

压力变送器示值误差测定的检测项目主要包括以下几个方面，这些项目全面评估了压力变送器的计量性能：

示值误差检测：这是核心检测项目，在压力变送器的整个测量范围内，选取若干个均匀分布的测量点（通常包括测量下限、测量上限及中间若干点），逐点进行检测。每个测量点需要进行正行程和反行程测量，记录各点的示值误差。示值误差的计算公式为：ΔP = P示 - P标，其中P示为被检变送器的示值，P标为标准压力值。

回程误差检测：回程误差是指在同一测量点上，正行程和反行程示值之间的差值。回程误差反映了压力变送器在升压和降压过程中示值的一致性程度，主要由机械滞后和摩擦等因素引起。回程误差的检测与示值误差检测同步进行，通过比较正反行程测量结果来计算。

重复性检测：在相同的测量条件下，对同一测量点进行多次重复测量，评估测量结果的一致性程度。重复性反映了压力变送器测量结果的分散程度，是评定其计量可靠性的重要指标。重复性检测通常选择测量范围内几个典型点进行多次循环测量。

零点漂移检测：在规定时间内，保持压力变送器处于零点压力状态，观察其输出信号随时间的变化情况。零点漂移反映了压力变送器在长时间运行中保持测量稳定性的能力。

温度影响检测：评估温度变化对压力变送器示值误差的影响程度。通过在温度变化试验箱中进行恒温恒压条件下测量，确定温度每变化10℃产生的示值变化量。

密封性检测：对于某些类型的压力变送器，还需要进行密封性检测，确保测量介质不会泄漏，保障测量安全和准确性。

各项检测项目的合格判定依据为国家计量检定规程JJG882-2019及相关行业标准。检测结果将给出各测量点的具体示值误差数值，并依据准确度等级要求判定合格与否。

检测方法

压力变送器示值误差测定采用的标准检测方法是直接比较法，即将被检压力变送器与高精度标准压力计量器具连接，通过施加标准压力值，比较被检变送器输出信号对应的压力值与标准压力值，计算示值误差。具体检测步骤和方法如下：

检测前的准备工作：首先，检查被检压力变送器的外观，确认无明显损伤、腐蚀、泄漏等缺陷，标识清晰完整。检查测量范围、准确度等级、输出信号类型等技术参数是否符合检定要求。确认标准器和配套设备处于有效检定周期内，精度等级满足规程要求（标准器的测量不确定度应不大于被检变送器最大允许误差的1/3至1/4）。

环境条件的控制：检测应在规定的环境条件下进行。根据规程要求，环境温度一般应控制在15℃至35℃之间，温度波动应不大于1℃；相对湿度一般应控制在45%至75%之间。检测前，被检压力变送器应在检测环境中放置足够时间（通常不少于4小时），使其温度与环境温度平衡。

测量点的选取：根据检定规程要求，测量点的选取应覆盖整个测量范围。通常在测量范围内均匀选取5至11个测量点，包括测量下限、测量上限及中间若干点。测量点应包含实际使用中经常工作的压力点。

示值误差的测量步骤：

• 将压力变送器正确安装连接，确保连接处密封可靠，无泄漏。
• 接通电源，使压力变送器预热稳定，预热时间根据产品要求确定，一般不少于30分钟。
• 进行预压处理，即在测量范围内施加2至3次全量程压力循环，消除滞后影响。
• 从测量下限开始，依次施加各测量点的标准压力值，待压力稳定后读取并记录被检变送器的输出信号值，完成正行程测量。
• 到达测量上限后，依次降压，在相同的测量点读取并记录输出信号值，完成反行程测量。
• 根据需要，可以进行多个循环的重复测量。

示值误差的计算：根据测得的输出信号值和变送器的输出特性方程，计算各测量点对应的压力示值，然后计算与标准压力值的差值，得到示值误差。对于4-20mA电流输出的压力变送器，压力示值计算公式为：P示 = P下限 + (I - I下限) / (I上限 - I下限) × (P上限 - P下限)。其中I为实测电流值，P为对应的压力值。

智能压力变送器的检测：对于带有数字通讯接口的智能压力变送器，除进行常规示值误差测定外，还应进行数字读数的检测。通过数字通讯读取变送器的压力值，与标准压力值进行比较，评估数字输出的准确性。

检测仪器

压力变送器示值误差测定需要使用一系列专业的检测仪器和设备，这些仪器的精度和性能直接影响到检测结果的可信度。主要的检测仪器包括：

标准压力发生器：标准压力发生器是产生标准压力值的核心设备，用于提供稳定的、准确的压力源。根据压力范围和准确度要求的不同，可选择以下类型：

• 活塞式压力计：利用活塞和专用砝码产生标准压力，是目前准确度最高的压力标准器，准确度等级可达0.005级至0.02级，适用于高精度压力变送器的检定。
• 数字压力计：采用高精度压力传感器和数字显示技术，可直接显示标准压力值，使用方便，准确度等级可达0.05级至0.1级。
• 压力校验仪：集压力发生、压力测量、电流电压测量等功能于一体，可实现压力变送器的快速校验。
• 气压发生器：用于产生低压气体压力，适用于微压和低压压力变送器的检定。

电测仪表：用于测量压力变送器的输出信号，主要包括：

• 数字多用表：用于测量压力变送器的电流输出或电压输出信号，准确度应优于被检变送器最大允许误差的1/3。
• 标准电流表：专门用于测量4-20mA等标准电流信号。
• 标准电压表：专门用于测量直流电压信号。

气源及压力控制系统：提供稳定、可调的压力源，包括压力泵、压力调节阀、截止阀、连接管路等。对于气体介质压力变送器的检测，需要配置气瓶、减压阀等气源设备；对于液体介质压力变送器的检测，需要配置液压泵及相应介质。

环境测量设备：用于监测和记录检测环境条件，包括数字温度计、湿度计、大气压力计等。这些设备用于确保检测环境符合规程要求，并提供环境参数的准确记录。

智能通讯设备：对于智能压力变送器的检测，需要配备手持通讯器（如HART手操器）或带有通讯接口的计算机及配套软件，用于读取数字信号和配置变送器参数。

辅助设备：包括精密截止阀、泄压阀、过滤器、连接接头、密封件等辅助器材，用于确保检测系统的可靠连接和安全运行。

所有检测仪器设备必须定期送法定计量技术机构进行检定或校准，确保其量值溯源到国家计量基准。检测仪器设备的测量不确定度应不大于被检压力变送器最大允许误差的1/3，以满足检定规程的精度要求。

应用领域

压力变送器示值误差测定服务的应用领域十分广泛，几乎涵盖了所有需要压力测量和控制的工业领域。以下是主要的应用领域介绍：

石油天然气行业：在石油天然气勘探、开采、储运和加工过程中，压力是一个关键的过程参数。从井口压力监测到管道输送压力控制，从炼油装置的反应压力测量到储罐液位间接测量，压力变送器都发挥着重要作用。该行业对压力变送器的可靠性要求极高，定期进行示值误差测定是保障安全生产的重要措施。

化工行业：化工生产过程涉及大量的化学反应和物理分离过程，压力控制对反应速率、产品收率和安全性都至关重要。化肥、氯碱、精细化工、煤化工等领域广泛应用各类压力变送器。由于化工生产环境通常存在腐蚀性介质、易燃易爆气体，对压力变送器的防爆性能和耐腐蚀性能有特殊要求，示值误差测定需要特别注意这些特殊工况。

电力行业：火力发电厂中的锅炉汽包压力、主蒸汽压力、给水压力、凝汽器真空等关键参数都需要压力变送器进行测量；水电站的水轮机进水压力、蜗壳压力等参数监测同样离不开压力变送器。电力生产对测量系统的可靠性要求极高，压力变送器的示值误差直接关系到发电设备的安全运行。

冶金行业：钢铁冶炼过程中的高炉炉顶压力、转炉炉口压力、连铸冷却水压力等参数的测量控制；有色金属冶炼中的压力监测等，都需要使用压力变送器。冶金行业高温、粉尘、振动的恶劣环境对压力变送器的性能提出了更高要求。

水处理行业：城市供水系统的管网压力监测、加压泵站压力控制；污水处理厂的曝气压力、污泥输送压力监测；纯水制备系统的压力控制等，压力变送器是保障水处理系统正常运行的重要仪表。

食品制药行业：食品加工和制药生产中的杀菌釜压力、发酵罐压力、蒸馏装置压力等参数的测量控制。该行业对卫生要求较高，压力变送器需要采用卫生型结构，示值误差测定过程中需要注意防止交叉污染。

暖通空调行业：建筑暖通空调系统的冷冻水压力、冷却水压力、送风压力监测；洁净室压差控制等场合大量使用微压和低压压力变送器。该领域的压力变送器通常精度等级要求适中，但数量众多，检测工作量较大。

航空航天行业：航空发动机的各种压力参数测量、飞机液压系统压力监测；火箭发动机压力测量等，这些应用对压力变送器的精度、可靠性、环境适应性都有极高要求，示值误差测定需要更加严格和全面。

常见问题

在压力变送器示值误差测定实践中，经常会遇到一些典型问题，以下对这些问题进行分析和解答：

问题一：压力变送器示值误差超出允许范围，应如何处理？

当检测发现压力变送器的示值误差超出其准确度等级规定的最大允许误差时，首先应分析超差的原因。如果是零点漂移引起的超差，可以尝试调整零点；如果是量程漂移引起的超差，可以进行量程调整。调整后应重新进行全量程检测，确认示值误差是否合格。如果调整后仍不能达到要求，则判定为不合格，建议进行维修或更换。

问题二：智能压力变送器的数字输出和模拟输出示值误差不一致，应如何判定？

智能压力变送器同时具有模拟输出和数字输出两种方式。当两者的示值误差不一致时，应分别进行检测和判定。模拟输出按常规方法检测，数字输出通过通讯接口读取压力值进行检测。如果两者检测结果不一致，可能是A/D转换或通讯模块存在问题，需要进一步检查确认。检定结果应分别给出模拟输出和数字输出的示值误差。

问题三：压力变送器的回程误差过大，是什么原因？如何解决？

回程误差过大的原因主要包括：测量元件的机械滞后、密封膜片的变形滞后、连接管路或阀门的泄漏、测量介质中混入气体或杂质等。解决方法包括：检查并排除泄漏点、在测量回路中设置阻尼器、更换老化的密封件、清洗测量管路等。如果是压力变送器本身的性能问题，可能需要进行维修或更换。

问题四：环境温度对示值误差测定结果有何影响？如何控制？

环境温度变化会引起压力变送器敏感元件的性能变化，导致零点和量程漂移，从而影响示值误差测定结果。为减小温度影响，应确保检测环境温度稳定，温度波动不超过规程规定的范围。检测前应给予足够的预热和稳定时间。对于高精度压力变送器的检定，应在恒温实验室中进行，必要时可进行温度修正。

问题五：如何确定压力变送器的检定周期？

压力变送器的检定周期应根据其使用环境、使用频率、重要性等因素综合确定。一般来说，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测等领域的压力变送器，检定周期一般不超过1年；用于一般工业过程控制的压力变送器，检定周期可根据使用情况适当延长，但一般不超过2年。如果在使用中发现示值异常，应及时送检。

问题六：测量介质的性质对示值误差测定有何影响？

测量介质的性质会直接影响压力变送器的测量性能。腐蚀性介质可能损坏敏感元件，导致示值漂移；高温介质可能引起测量误差；粘稠介质可能堵塞引压管路；含有杂质的介质可能损坏密封膜片。在进行示值误差测定时，应根据变送器的设计用途选择合适的测量介质，并确保检测条件与实际使用条件相近。

问题七：压力变送器安装方式对示值误差有何影响？

压力变送器的安装方式会影响其示值误差。安装位置不同会引起静压误差；引压管路过长或堵塞会引起压力传递误差；安装角度不当会影响测量元件的受力状态。因此，在进行示值误差测定前，应检查变送器的安装是否符合产品要求，并在检测报告中注明安装方式。

问题八：如何选择合适的标准器进行示值误差测定？

标准器的选择应根据被检压力变送器的测量范围、准确度等级、输出信号类型等因素确定。标准器的测量范围应覆盖被检变送器的测量范围；标准器的测量不确定度应不大于被检变送器最大允许误差的1/3至1/4；标准器的测量介质应与被检变送器相匹配。常用的标准器包括活塞式压力计、数字压力计、压力校验仪等。

压力变送器示值误差测定是一项技术性强、规范性高的计量检定工作。只有严格按照检定规程的要求，选用合适的标准器和检测方法，控制好检测环境条件，才能获得准确可靠的检测结果，为压力变送器的正确使用和科学管理提供保障。随着工业自动化水平的不断提高，压力变送器的应用越来越广泛，示值误差测定工作的重要性也日益凸显，需要计量检定机构和生产企业共同努力，确保压力测量的准确可靠。