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第六章数字压力表 随着科学技术的发展，特别是压力传感器制造技术的成熟，压力测量技术和设备日新月异，新的仪表层出不穷。 以高精度数字压力表、智能数字压力表、压力信号发生器为代表的新型压力测量仪表，以其性能好、精度高、稳定性好等特点，与传统活塞式压力表相比较。 构成威胁，并倾向于将其替换为压力标准领域。 目前，国际上已生产基本误差为0.02%～0.005%的数字压力表，我国也已能生产0.05级的二等标准数字压力表。 目前，在我国压力测量和计量领域，使用的主要数字压力表的精度等级为0.05和0.1级。 工业生产中使用的数字压力表主要是0.5以下的米。 第一节数字压力表的工作原理数字压力表是指用数字量直接显示或以数字量形式输出被测压力值的压力测量仪表。 一、数字压力表的工作原理 典型的数字压力表主要由五部分组成：压力传感器、信号检测放大器（OP）、模数（A/D）转换器、数字显示器和工作电源。 图（9-6-1）是典型数字压力表的框图。 信号检测放大器、A/D转换器、显示器和电源，也就是图中的虚线部分，可视为数字显示的专用压力二次仪表。 因此，也可以认为数字压力表是由压力组成的。 二、工作原理。

传感器输出与被测压力值有一定关系的电信号。 这个电信号经过信号检测放大器（OP）放大、补偿和线性化，然后送到模数（A/D）转换器，将其转换成数字量。 然后数字显示屏显示测得的压力值。 压力表各部分工作所需的电源由电源部分提供。 3.智能数字压力表。 压力传感器OP数显电源压力传感器温度传感器OPRS-232接口IEEE-488接口模拟输出D/A数显功能键盘记忆供电OP 近年来，随着计算机技术的发展，特别是单板、单片机的出现随着计算机制造技术的发展，出现了以微处理器为核心控制处理元件的智能型数字压力表。 组成框图见图（9-6-2）：在图（9-6-2）中，如果压力传感器本身含有温度补偿装置，图中的虚线可以省略； 若压力传感器不带温度补偿装置，可设置受温度影响的检测补偿装置。 从图（9-6-2）可以看出，智能数字压力表实际上是由数字压力表和微处理器组成的智能仪表。 当被测压力作用于压力传感器时，传感器输出与被测压力有一定关系的电信号。 电信号经信号检波放大器放大调理后，转换成数字量，通过微处理器输入/输出端口（I/O接口）被微处理器接收。 微处理器对接收到的数字信号进行计算处理，将处理后的能够反映被测压力值的数字信号通过其I/O口发送给数字显示器，显示被测压力值。 测量结果还可以通过专用或通用仪器接口系统输出到其他数字测量仪器和系统。

由于仪器采用微处理器数字压力计，可通过软件编程自动校正和补偿压力传感器的非线性影响和温度影响对满量程的影响，自动校正和补偿零位的变化和漂移，可实现自动量程切换和仪表自检，大大提高了压力表的综合精度和可靠性。 并通过仪器接口【如IEEE-488接口（或IEC-625接口、GPIB接口）、RS-232接口等】对外进行数据、命令交换、通信、资源共享等，形成自动测试和控制系统，使仪器的通用性大大提高。 压力表的周期校验数据和修正量可通过仪表自身的功能键设定，也可通过专用、通用仪表接口输入仪表，完成压力表的性能调整，确保压力表指示准确，性能权衡。 可靠的。 4、数字压力表的分类由于数字压力表采用压力传感器作为压力测量元件，所以原则上压力传感器的分类适用于数字压力表，但这种分类过于复杂，种类太多。 目前多采用按结构分类的方法进行分类。 数字压力表从结构上可分为两种类型。 1、一体式数显压力表：是指将数显压力传感器与数显仪合为一体。 2、分体式数显压力表：指将数显压力传感器和数显分体为两部分，用专用电缆连接。 压力表，又称远传数显压力表。 第二节 几种常用的数显压力表 1、2661和2655数显压力表是我国应用广泛、精度高的两种数显压力表。

它们均采用复合音叉振子压力传感器作为压力传感元件，以微处理器为核心控制处理装置。 主要用于0.2MPa以下气体压力的测量。 是检定和校准0.2MPa以下压力表、压力传感器、变送器、数字压力表等的理想压力标准）； 2665、2661数显压力表主要性能型号2665～122661～12量程压力（kpa）0～2000～-1000～2000～-100精度压力（0.03%R＋0.01%FS）（0.01%R＋0 .01%FS )(参考温度(232))负压(0.4%R+0.1%FS)(0.4%R+0.1%FS)温度影响零位(5~40)量程0.005%FS/0.003%FS/0.001%FS/ 0.001%FS/表示仪表显示值，FS表示满量程显示值。 以上两种测力表的基本允许误差由两种误差组成，一种与压力表的量程有关，另一种与被测压力装置的大小有关。 2、结构工作原理 1）压力传感器：高精度复合音叉振子压力传感器，结构如图（9-6-4）所示。 从图（9-6-4b）可以看出，复合音叉振子的上端面直接焊接在压力传感器上。 在传感器的隔离膜片上数字压力计，下端面焊接在外壳上。

当被测压力P作用在压力传感器的隔离膜片上时，压力通过隔离膜片轴向作用在复合音叉振子的端面上，使复合音叉振子承受应力，引起自振频率振子的，即作用于其端面的压力值即可求得。 根据有关资料，振子的振动频率为：KP，f——作用压力为零，作用压力为P时振子的振动频率。振子下部采用一对压电元件激发和检测振动器。 2）工作原理简介压力表的框图如图（9-6-5）所示。 作用于复合音叉振子力传感器时，传感器输出频率信号，具有复合音叉振子压力传感器整形电路、振荡器电源、IEEE-488接口、RS-232接口、数显功能、键盘记忆和测得的压力。 微处理器计算校正后，将压力测量值输出到数字显示器。 测得的压力值也可以通过GP-IB（IEEE-488）通用仪表接口或RS-232接口输出。 3）主要特点： 采用高精度复合音叉振子力传感器，保证了仪器的测量精度。 传感器输出的是频率信号，不易受干扰信号影响，可直接由微处理器采集。 频率信号测量精度和分辨率高。 压力表采用微处理器，可以对压力传感器的测量信号进行处理，进行复杂的运算和修正，以获得准确的测量压力值。 通过GP-IB接口可以调整压力表的显示值，通过GP-IB接口可以将压力表的标定结果输入并存储在标定参数存储器中，完成压力表的调整。

测量结果可通过GP-IB接口传输至系统； 单位转换由CPU完成，可显示各种压力单位。 测量时可通过前面板进行零位校正。 专用电源电路可工作于机外、直流供电和机内直流供电三种状态。 系数数显压力表是我国引进技术生产的高精度数显压力表。 它采用光电压力传感器作为压力测量元件，采用微处理器计算测量结果并修正影响值。 测量精度可达0.05。 主要用于精密压力测量和检定，压力表、压力变送器、数字压力表等压力表的校验。 一、主要技术指标 1）测量范围：见表（9-6-2）0～25； 0~40; 0~60; 0~100； 0~160； 0~250； 0~400； 0～600；kpa0～1； 0～1.6； 0～2.5； 0～4； 0～6； 0～10； 0～16； 0～25； 0～40； 0～60； 2）基本误差901A型：0.1%FS 901B型0.05%FS 3）参考工作温度：（201） 4）允许工作温度：（7~35） 5）显示位数：4位十进制数 二、结构及工作原理 1 ) 压力传感器采用光电压力传感器，结构如图（9-6-7）所示，光电压力传感器由压力传感器、发光二极管（光源）、参考光电二极管和测量光电二极管等。

当它作用在压敏元件（隔膜或螺旋管）上时，当发生弹性变形时，敏感元件会发生弹性变形，引起固定在敏感元件上的不透明遮阳板相应的位移d。 遮光板部分遮挡了照射在双光电二极管测量二极管上的近红外光，而参比光电二极管仍持续测量发光二极管照射的光源强度。 由于光电二极管的输出电压与光电二极管本身的灵敏度、光源强度和感光面积——分别是测量二极管和参比二极管的受光面积； K——光电二极管的光敏系数； h——发光二极管的发光强度。 虽然每个光电二极管的输出信号（V随敏感二极管的灵敏度系数K而变化，环境温度也会影响h，但由于参考二极管和测量二极管是在同一基板上制造的，并且受同一辐照度的影响光源，所以两者的灵敏度系数K相同，光源强度h也相同。光源强度h，灵敏度系数等的变化（如漂移随环境条件，时间，和本身等）的影响也是一样的，这样，测量二极管和参考二极管产生的输出信号之比只与两者的受光面积S之比有关参考光电二极管的输出电压V，由于参考光电二极管的受光面积S，两个光敏二极管的受光面积之比也可以得到遮光板的位移d，从而得到测得的压力值。 2）工作原理简介作用于传感器时，传感器输出等于被测压力值关系电压信号面板按键显示PROM存储器RS-232C BCD数字输出继电器驱动高/低值设置由数字量送入微处理器进行运算，经修正后，输出一组数字信号给显示器，显示被测压力值。

微处理器的主要作用是进行非线性校正和温度补偿。 可将压力传感器的压力-电压校准参数送入PROM保存，从而校正压力传感器的偏差。 A/D 转换器以每秒 12 次的速率将来自传感器的模拟电压信号转换为数字信号。 微处理器采用软件控制的算法在读取三个值后补偿敏感元件的非线性，并采用最多20个点的分段逼近公式校正压力传感器的非线性。 还有一个温度测量元件，它向微处理器输出温度信号，大约每60秒计算一次零点和量程的原始计数偏差，并利用与参考温度的变化值进行温度补偿。 3）主要特点：测量范围广，量程多样。 设有净压按钮，可扣除预置压力，以预置压力为零压起点测压。 具有最大、最小压力值记忆功能，可保存一段时间（区间）内的最大、最小值，并可随意重现。 具有高低压值设定和显示功能，可进行压力控制和高低压报警。 它可以显示和转换三个压力单位。 具有模拟量输出功能，可输出（4-20）mA直流电流信号和（0-5）V（0-10）V直流电压信号。 具有RS-232C接口，方便与计算机组态和测试，组成自动压力测量系统。 3、YBS-WB型精密数字压力表YBS-WB型数字压力表是我国自行设计生产的高精度数字压力表。 它采用扩散硅压力传感器作为压力测量元件，扩散硅压力传感器作为敏感元件。 数字压力计是目前应用最广泛的数字压力计，如美国生产的UPS3000系列、1090系列，英国生产的OP1500、600、700系列，日本学生生产的DMS-4等是那些使用扩散硅压力传感器。 数字压力表在结构上基本相似。

可用于压力表、压力传感器、变送器、数字压力表等压力仪表的高精度压力测量和校准。 一、主要技术参数 （一）测量范围 测量范围见表（9-6-3） YBS-WB数字压力表测量范围 标准测量范围0～10； 0~16; kPa 0~25; 0~60; 0～100； 0～160； 千帕0～250； 0～600； kKPa 0～1.0； 0～1.6； 0～2.5； 0～4.0； 0～6.0； 0～-10； 0～16； 0～25 ;0～35; MPa MPa 注：16KPa以下为手动调零 (2)精度：精度有0.1级和0.05级两种，允许的基本误差分别为0.1%FS和0.05%FS。 (3) 参考工作温度：(202)。 (4)正常工作温度：(5～40)。 (5) 显示位数：分为四位十进制两种。 (6)机外工作电源：交流220V(110%)，频率50Hz； 机内：DC 6V，可工作10小时。 (7) 过载能力的最大输入压力P max 为量程的200%。 2、工作原理简介压力表的框图见图（9-6-10）。 当力作用于扩散硅压力传感器时，传感器扩散硅压敏膜片上的压敏电阻被引入以抵抗种植变化，传感器电阻桥产生与被测压力成正比的电压信号输出（见第5节），经过温度补偿校正后，进入放大器进行放大，放大后的信号由模数转换器（A/D转换器）转换成数字量，再送入微处理器进行处理计算、补偿和校正，然后在数字显示器上显示被测压力值。

微处理器主要用于对压力传感器进行线性化处理，补偿校正零位和温度变化的影响。 3、主要特点： (1)扩散硅压力传感器灵敏度高，压力表分辨率高，可达4个十进制。 压力传感器温度补偿放大器显示稳压交直流稳压电池充电电压鉴别保护传感器温度校正（2）由于采用了特殊的零温补偿措施，零温效应的补偿性能好，工作温度范围为宽的。 (3)传感器标定数据固化在计算机内存中，并进行满量程非线性补偿，确保测量精度。 (4)优良的供电电路，可工作在外部交流和内部直流两种状态，带有电源电压监测电路，可自动对内部电池进行充电。 第三节 数字压力校验仪 随着压力传感器、压力信号产生、控制技术的发展以及压力变送器和数字压力表的大量应用，为满足日益增长的压力表检定、校验和现场调校需求，满足根据需要，设计生产了一系列先进的压力校验设备，典型的是数字压力校验仪。 它集压力信号的产生和测量于一体，是检定、校验、调整和测试压力表的理想装置。 1. 数字压力校验仪是指能够产生数字形式的压力校验信号的压力校验仪。 它实际上是数字压力表和压力信号发生装置的组合。

根据压力信号发生装置的不同，数显压力校验仪可分为手动数显压力校验仪又可分为手动数显压力校验仪和自动数显压力校验仪。 1、手动数显压力校验仪 手动数显压力校验仪的压力信号是靠人力产生的，主要是用手泵（hand pump）来产生压力信号。 曲线系数框图见图(9-6-11)。 操作者根据被测压力表的校准参数，操作手动泵（手压泵）产生压力，通过观察数字压力显示值来确定校准器的压力。 图中虚线（9-5-11）为典型的数字压力 2. 自动数字压力校验仪 压力传感器 通用仪表接口 数字显示 功能 键盘记忆 电源 手动压力泵微调器 压力信号由校验仪发出 自动生成，微处理器根据指令控制电动（气动）伺服机构，工作压力信号发生装置产生所需的标定压力信号。 典型的组成框图如图（9-6-12）所示。 图中虚线部分由压力传感器、测量放大器、A/D转换器、微处理器、显示器等组成，用于测量、显示和产生压力信号的压力控制信号（与设定值比较），即称为压力信号测量系统。 虚线外部分由数模转换器（D/A转换器）、控制器、伺服系统和压力信号发生装置组成，用于产生所需的高精度压力信号，称为压力信号发生装置系统 。

工作时，将被测仪表与校验仪连接，输入校验参数（如测量限值、校验点等），分析后输出控制信号，由压力信号发生装置产生的压力信号值通过控制器和电动伺服机构改变，使校准器内的压力为需要的压力值。 二、几种典型数字压力校验仪介绍 1、DPI601便携式数字压力校验仪 DPI601便携式数字压力校验仪是一款手动数字压力校验仪。 水库电源压力信号自动发生器系统压力源 1）主要性能 （1）测量范围：7kPa～3.5MPa； (2) 精度：0.05%FS。 (3)显示位数：全5位(0~99999)' (4)参考温度：(203) (5)工作温度：(0~40) (6)温度影响(0.006%R)/(当(7 )工作介质：纯气体； (8)电压测量：(0-200)V分三级，精度为读数的0.074%1 2)结构及工作过程系统组成框图见图(9- 6-14),是典型的手动数显压力测试仪。 工作过程见本节。 图中虚线部分为扩散硅数字压力表（工作原理见上一节）。 主要特点： 体积小，携带方便，常用于压力仪表的现场校验、调试和试压。

工作介质为气体，便于与被测系统连接。 压力泵体积小，操作方便。 它特别方便测量电流和电压信号以及校准变送器。 二、DP1510高精度压力控制/校准仪DP1510高精度压力控制/校准仪是一款全自动数字压力校准仪OP数显功能键盘记忆供电压力微调手动增压泵压力传感器1）主要性能（1） ) 测量范围：（0～7）MPa； (2) 准确度：0.04%； (3) 显示位数：5位和10位进度位； (4) 参考温度：(23+2)（也可设置为202））； （5）工作温度：（10～30）； (6)温度系数：(10～30)； (7) 压力信号稳定性：0.004%FS； (8) 工作介质：纯气体（可以是瓶装氮气或压缩空气）； (9)气源压力：110%FS。 2）结构及工作过程系统组成框图如图（9-6-16） 图（9-6-16）系统内设置两个压力传感器（扩散硅型），高（低）压压力传感器输出的测量信号经信号放大器OP1(OP2)放大后，分别输入输入开关组1和开关组2，开关组1和开关组2分别由微处理器控制。 开路输入的压力信号作用于比较放大器OP的反相输出端，输入到开关组2。测量信号经模数转换器转换为数模转换器（D/A） (A/D))转换为模拟输出到比较放大器OP的同相输入端，与比较放大器OP的反相输入端输入的压力测量信号进行比较，输出差值信号，通过开关组转换到微处理器。 与控制定值信号进行比较、计算和处理，形成闭环系统。

另一路送至气动调节控制器进行控制，将气动控制信号输入控制阀组，将气源的输入压力改变为所需的稳定压力信号，输出至数字压力校准器喷嘴。 同时对系统中的高（低）压传感器再次进行检测，并将检测信号送入微处理器进行计算处理，进而进行调节控制，直至输出压力值稳定在所需要的标定压力值，形成闭环自动调节控制系统。 仪器配备IEEE-488通用仪器接口，可与外界进行信息交换和配置。 3、主要特点： （1）可通过键盘对校验仪的状态进行编程，使仪表在规定范围内自动工作，自动产生高精度压力信号。 (2) 通过采用不同的气源（如高压气源、真空泵、差压气源）和不同配置的高低压传感器，自动完成压力、绝压、差压信号的产生。 (3) 可通过编程显示21种压力单位。 (4) 具有置零(清零)功能，可通过编程功能键进行设置 (5) 仪表内压力传感器的标定参数可通过仪表界面或键盘进行设置，消除周期性变化传感器并确保测量精度。 (6) 由于安装了两个高压传感器，即使在很小的压力下也能保证较高的测量精度。 3.2656数字压力信号发生器是一种全自动数字压力校验仪类型，只能输出高精度压力信号，不能测量压力，是一种校准仪表。

1）主要性能：（参考2656-23 （1）输出压力：（0～200）kPa；（2）精度：0.05%FS（或0.1%R）；（3）最小分辨率：0.01kPa；（4 ) 参考温度：(233); (5) 工作温度：(5~45); (6) 温度影响：0.01%/(环境温度5~45时)); (7) 工作介质：清洁气体； (8)气源压力：(28020)kPa。 2）系统结构框图及工作过程如图（9-6-18）所示。 图(9-6-18) 本压力信号发生器主要由压力传感器、刻度盘式调压器、伺服放大器和伺服阀四部分组成。 (1)压力传感器为磁阻式压力传感器：压石传感部分为波纹管，波纹管位移检测部分为差动电感(即差动变压器)。 当输出压力信号作用于波纹管时，波纹管顶部发生位移，固定在其上的弹片（弹片的一端固定在底座上）发生位移，引起微动电感发生变化。 调制后，解调器产生相应的直流电压信号V1，输出给伺服放大器。 (2)表盘式调压器：实际上是数字调压器。 数字设定拨盘设定的压力数字值，通过脉宽调制器（V2转换）转换成模拟电压值，输出给伺服放大器。 (3)伺服放大器和伺服阀：伺服放大器是差动放大器(比较放大器)，它将压力传感器输出的电压信号与调压器输出的电压信号进行比较，将两者的差值信号放大输出到伺服阀的驱动电机，再通过齿轮组和丝杠带动针阀杆作直线运动，改变阀门的流通面积（伺服阀的输入喷嘴接空气源），然后改变输出压力。

变化的输出压力由压力传感器检测，然后与给定值信号进行比较。 若差值不为零（即不相等），则驱动伺服阀进行调节，直至等于恒值装置的给定值。 直到信号相等。 此时输出由调压器刻度盘确定的稳定压力信号，改变调压器刻度盘可改变压力信号的大小。 如果选用通用仪表接口，还可以与控制器进行信息交换，实现压力信号的自动生成。 数字压力信号发生器采用数字刻度盘输出标准压力信号，方便、准确。 是校验和校准压力表、数字压力表、压力变送器的理想仪器。 第4节数字式压力表的检定数字式压力表的检定按国家计量检定规程JJG875-94《数字式压力表检定规程》的要求进行。 一、我国生产的数显压力表的主要技术指标 1、数显压力表量程有以下基本系列：1.00、1.60； 2.50； 4.00； 6.30; 10 点。 2. The accuracy grade of pressure gauge is divided into 5 grades: 0.05 grade; 0.1 grade; 0.2 grade; 0.5 digital pressure gauge working condition accuracy grade item normal working condition reference working condition 0.05 grade, 0.1 0.2 grade, 0.5 (5 ~ 40) ( 0～50) ＜85%＜90% 60%～70% (86～106) kPa101.3kPa 220 (110%) V220 (1.1～0.85)V 220 (11%) ＜400A/m has no effect 4, and accuracy The basic error of the pressure gauge related to the index is expressed by the reference error, and its accuracy performance is shown in (9-6-5).

Basic error 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 0.050.05 0.1 0.25 0.5 0.050.1 0.25 0.5 5. Temperature influence When the ambient temperature deviates from the reference working temperature, the change of the instrument display value for every 10 changes in temperature should not exceed the table (9-6 —6) Requirements. The temperature influence of the digital pressure gauge requires an accuracy level of 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0, and the variation of the displayed value is 0.05% 0.1% 0.15% 0.3% 0.5%. Basic error: Repeatability, dead zone, etc. should still meet the requirements of Table (9-6-5). 7. Zero position drift, return error, and static pressure zero position The zero position drift of digital pressure gauges used for gauge pressure and differential pressure measurement shall not exceed 1/2 of the allowable error within one hour. The return error of the digital pressure gauge is not greater than the absolute value of the allowable error. The static pressure zero position error of the differential pressure manometer is not greater than the absolute value of the allowable error. 8. Insulation resistance The insulation resistance of the power supply terminal of the digital pressure gauge to the casing is not less than 20MΩ. The digital pressure gauges of level 2 and below shall carry out the verification work. Therefore, this section only introduces O. The verification of digital pressure gauges of grade 2 and below shall not be introduced for grade 0.05 and grade 0.1. 1. For the pressure standard, a pressure instrument with an absolute value of allowable error less than 1/3 of the absolute value of the allowable error of the meter under test should be selected as the standard.

It should be selected according to the measurement range, accuracy level, working medium and other requirements of the meter under test. For example, second-class standard piston pressure gauges, pressure vacuum gauges, float pressure gauges, liquid pressure gauges, compensated micromanometers, digital pressure gauges, digital pressure calibrators, and precision pressure gauges and vacuum gauges of grade 0.25 and above can be selected. , and at the same time, it should be calculated whether the basic error on the limit of the test meets the requirements to ensure the quality of the test. 2. Main auxiliary equipment and requirements 1) Pressure calibrator, pressure source, vacuum pump, pressure trimmer, pressure guide tube and connector valves should be tight. 2) The power supply is 220V (110%), and the frequency is 50Hz. 3) You can also choose a pressure gauge calibration device or an automatic calibration system that meets the requirements. 3. Verification of environmental conditions 1) temperature: for O. Level 2 table is (202). to o. Level 5 and below meters are: (205) 2) Relative humidity