3. 1 热压罐压力真空系统校准方法
系统校准方法是将压力传感器( 变送器) 与显示记录仪表组合成一套系统,可以说该系统就是一台数字压力计,可以按照 JJG875 - 2005《数字压力计检定规程》进行校准,误差计算公式为:δ = p - ps ( 3)式中: δ—热压罐压力真空系统示值误差;p—热压罐压力真空系统读数;ps—标准示值。
3. 2 压力传感器( 变送器) 和仪表分离校准法分离校准法是分别校准压力传感器( 变送器)和仪表,通过标准压力源给压力传感器( 变送器) 压力信号,使用数字万用表测量压力传感器( 变送器)输出电信号,同时给仪表输入标准电信号,测量仪表压力信号输出值,校准示意图如图 5。
分离校准法具有局限性,由于压力传感器只考虑传感器的线性误差,而传感器输出信号没有理论值无法进行仪表示值误差校准,所以一般只适用于
压力变送器,根据压力变送器理论输出值计算仪表输入标准电信号,误差计算公式为:φ = I - Is ( 4)ω = pi - pis ( 5)式中: φ—热压罐压力变送器示值误差;
I—热压罐压力变送器输出电信号值;Is—热压罐压力变送器输出电信号理论值;ω—热压罐压力真空仪表示值误差;
pi—热压罐压力真空仪表示值;pis—热压罐压力真空仪表电信号对应理论压力值。
3. 3 系统校准与分离校准方法可行性分析压力真空参数的校准在行业校准领域一般优先选择系统校准方法,由于压力传感器( 变送器) 一般均为线性误差,并且压力真空参数校准均为全量程校准,系统校准可覆盖压力真空设备全部范围。分离校准法一般不适用于压力传感器校准,由于压力传感器的输出信号不是标准信号,压力传感器误差分析只考核传感器的线性误差,例如 GE 公司生产的 PDCR330 - 16A 型压力传感器压力量程为( 0 ~ 1000psi,输出信号为( 0 ~ 100) mv,较大允许误差为 ± 0. 2% FS,校准数据如表 5、表 6。
从表 5 和表 6 中可看出两个压力传感器的线性误差均为 0. 13% FS,满足传感器技术要求,但是两个传感器之间的差值为 0. 421% FS,按理论值计算表 6 中的示值误差更是达到了 - 1. 064% FS,如果按理论值推倒计算均超出的传感器技术要求; 并且有些公司生产的热压罐压力真空设备采用系统集成的方法根本无法进行分离测试,如德国 Scholz 公司生产热压罐采用 Honeywell 压力传感器和显示记录仪表,集成在仪器柜内,如采用分离法校准对设备的损
伤比较大,均不建议采用分离法校准。另外,从误差分析的原理出发考虑分离法校准扩大了压力真空系统的较大允许误差。美国波音公司的热压罐压力真空系统采用系统法校准,真空段的较大允许误差为 ± 5kPa,但如果按照大型客机采用分离法校准传感器较大允许误差为 ± 5kPa,仪表的较大允许误差为 ± 10kPa,累加后较大允许误差为± 15kPa,扩大了压力真空系统的较大允许误差。当然分离法校准对传感器( 变送器) 和仪表的故障排除具有优势,可准确的判断故障,但会带来大量的人工成本,综上分析,分离法校准加大了校准复杂性,提高了校准成本,扩大的压力真空系统的较大允许误差,可以说在质量上放宽了对压力真空系统的要求。
3. 4 验证实验
为验证系统校准法与分离校准法,通过热压罐同一压力系统分别进行系统校准法和分离校准法,计算系统校准法误差和分离校准法累加误差,比较二者之间的差异验证两种校准方法。实验对象为美国 ASC 公司生产 Φ1 × 2m 热压罐压力及仪表系统,该系统采用压力变送器配备计算机采集显示系统,压力变送器量程: ( 0 ~ 300) psi,输出值( 0 ~ 5) V。
3. 4. 1 系统校准法
使用 GE 公司生产 DPI615 型便携式压力校验仪作为标准压力源,允差为 ± 0. 025% FS,校准数据如表 7
3. 4. 2 分离校准法
使用 GE 公司生产 DPI615 型便携式压力校验仪作为标准压力源,允差为 ± 0. 025% FS; 芬兰贝美克斯公司生产的 MC6 过程测量仪作为信号源和数字万用表进行电信号测量,允差为 ± 0. 02% 读数,校准数据如表 8。
将系统校准法和分离校准法的误差进行比对,如图 6 所示。
通过实验验证系统校准法的示值误差与分离校准法的累加误差是基本一致的,对热压罐压力真空系统的校准可以认为是等同的。
4 结论
由于热压罐压力真空系统控制性能不好会导致多余的孔隙发生压缩、破碎并溶解在基体中,从而得到低孔隙含量的复合材料,会直接影响到复合材料的力学性能和耐湿热性能,因此它是复合材料工艺过程中的重要控制参数。按照分离校准法校准压力真空系统从质量方面考虑扩大了较大允许误差,从生产成本上考虑增加了标准设备,同时也增加了人工成本和校准复杂性; 而压力真空系统校准法则覆盖了整个压力真空量程,能够全面反应压力真空系统的真实准确度。