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NIS 500 MPa水压测量的验证
摘要:在世界上大多数国家的计量机构中，500兆帕的压力被认为是共认共同的最大压力；然而，对于在这一范围内的不确定性的验证需要十分大量的工作。在NIS被认可时，于2008的保证不确定值大于200兆帕，这是因为当时没有国际比较。本文总结了在NIS上进行的500兆帕液压压力测量的验证结果。这项研究涵盖了通过直接比较校准和通过使用压力传感器进行测量所得到结果的研究。
本文总结了测量结果所做的技术工作，以及这些结果对NIS校准测量能力的影响。验证还包括对同NIST基准品校准的同一活塞缸组件所得到的结果和透水校准的比较。
关键词：压力传感器/校准/压力平衡/不确定度/溯源性
1引言
用于产生精确压力的最重要的装置之一被称为压力平衡装置，如图1所示。当这种仪器被使用时，压力是通过在已知的有效区域内的活塞缸组件上加载已知质量而产生的。用于校准压力平衡的方法称为交叉浮动[ 1 - 4 ]。在该方法中，被测单元（UUT）是横漂与参考标准（RS）这是以前校准PCA与已知的有效面积使用的两个校准质量的设置。由于上述原因，对两PCAS有效面积比值的测定标定的一个特别重要的方面，而图2给出了一个广义的示意图。这两个组件的有效面积遥感和UUT，显示安装在同一压力系统，如图3所示，是在平衡装置在施加的压力P，在每个装配一个适当的参考水平计算。在图3中，两个恒定体积阀用于避免体积变化被设置在油管内油RS和UUT之间。一个特别设计的数据采集（DAQ）用于从两PCAS收集数据，压力传感器和环境条件的测量系统。数据采集系统将数据输入到专门设计的软件中，以便计算结果。
它将被召回的压力平衡，形成一个封闭的系统的行为的一部分，在它的平衡状态，为恒压器，在所施加的负荷、有效面积定义的值固定施加的压力。
比较的基础上，因此，所受载荷对UUT在每个平衡将单独恒压系统在同一压力的RS和载荷的测定。可用的方法，可方便地分为“下降率”和“传感器”，它们之间的区别是基于不同的技术，其中的平衡状态被确定。
压力点的计算以及弹性变形功能从PCA的变化与压力得到有效面积漂浮在每个交叉的UUT的有效面积。交叉浮动法要求所使用的质量集、活塞和任何载荷元件的质量是众所周知的，包括对质量值的任何修正，例如由于局部重力加速度、表面张力或流体浮力的变化而产生的力。在本研究中所采用的方法是使用一个精确的传感器与一个特定的程序，以克服费时，需要一个训练有素的操作员进行交叉浮动实验。该传感器被连接的第一到标准再到UUT [ 5 ]。本文还讨论了在压力平衡中，为了获得两个压力平衡点的等效压力而估计的质量分数的方法。
计算生成压力的常用公式[ 3 ]
在被测对象包括所有的校正参考水平
2测量程序
被测对象是一个简单的2平方毫米的名义有效区域型PCA。它是装有质量载体的压力平衡的一部分；所有部件都是商用的，如图1所示。待测板的有效面积和压力测量采用交叉浮动技术[ 3 ]对NIS的参考标准（RS）活塞式压力计。系统设置在图2中，则是直接与参考标准显示。NIS的群众被用在UUT。从校准证书[ 6 ]获得RS的特性（零压力有效面积和畸变系数）。等操作与电机驱动。在校准周期的第一次测量之前至少30分钟打开了马达。
用特斯拉计在5个周期的第一个周期测量了活塞和汽缸的磁化强度。活塞磁化被认为是
0.4 10 4和气缸磁化是
0.4 10测量不确定度2%
这样的测量是为了证实没有额外的磁力作用于PCA。用商用测量系统测量各参数的环境空气压力、相对湿度和温度。相对湿度、温度和气压的标准扩展不确定度分别为1% [ 7 ]、0.02°C [ 7 ]和15 Pa（8）。
在5个周期对遥感测量等；每个周期包括20个观测进行上升方向的10个压力点，在下行方向相同的10个压力点。10个压力点分别为（50, 100, 150，200, 250, 300，350, 400, 450和500）兆帕。总共有100个测量点。为RS的标准参考温度为20°C，和测得的温度为19.43 C和20.61 C°°测量温度等之间的19.35°C和20.62°C之间，随着温度从开始增加到一个周期的结束。在5个周期内，环境空气温度从20°C到20.7°C不等
获得上述有效区域的方法可以称为经典直接交叉浮动程序，其实验问题可归纳为以下几点：
这是一个耗时的过程，压力点通常从30分钟到60分钟，以获得平衡条件。有时需要更多的时间才能得到平衡条件，并有很好的分辨率。
-需要一个训练有素的专家来执行测量和确定平衡点。
长期以来，经典的跨浮试验为平衡点的确定带来了活塞与气缸间隙油温变化的严重问题，从而改变了活塞的密度和粘度。这种温度偏离真实值的原因是活塞的长工作时间和连续旋转。
通过采用高精度压力传感器将两个压力天平连接起来，取代了常规的浮动技术，采用了基于传感器的方法（3）来确定平衡点。高精度压力传感器的使用允许在确定产生的压力从每个压力平衡之间的差异，所以除了对平衡点的准确测定不需要避免与估算平衡状况操作者的主观性相关联的固有的不确定性更好的分辨率。完整的系统配置用于测量的有效面积，如图3所示
所使用的传感器是一种数字石英压力传感器，可在市面上获得，如图3所示，范围为280兆帕。使用制造商建议的适当软件，所述分辨率提高到全尺寸的0.01 ppm。两个恒定体积空气驱动的阀门，CVV1及CVV2，如图3所示，用于连接分别从压力传感器断开RS和UUT。使用这种阀门的重要性是保持正常隔离阀的压力稳定，当开启或关闭时，它的运动部件将改变阀门内部的体积，从而引起系统压力的变化。恒定的体积小于0.15立方毫米的阀门的操作过程中，有一个量的变化，这实际上产生不可估量的压力[ 3 ]。
由于存在测量时间如活塞位置相同的监测参数多、转速和UUT和RS的温度、环境条件和由压力传感器测量压力，测量软件项目的开发，同时记录这些影响参数，获得的数据从压力传感器和计算参考压力计算等有效面积为所产生的压力作用。
所使用的传感器是数字式石英传感器。图3所示的商业用压力表射程280兆帕。使用适当的软件建议制造商，规定的决议增加到达到0.01 ppm的满刻度。双定容空气驱动阀门，CVV1及CVV2，如图3所示，用于连接和断开的RS和UUT分别从压力传感器。的重要性使用这种阀门是保持压力稳定的地方。正常隔离阀，当开启或关闭时，它是运动部件会改变阀门内部的体积，导致系统压力的变化。
常数容积阀在运行过程中体积有变化。小于0.15毫米，这在事实上产生不可估量的压力[ 3 ]。因为有许多参数需要测量和同时监控活塞位置等，转速和温度两UUT和RS，环境条件和压力测量压力传感器是一个测量软件程序。开发同时记录这些影响参数，从压力传感器获取数据。计算参考生成压力然后计算待测板的有效面积为的生成函数压力。
3结果与讨论
3.1下降率的结果
下降率进行了研究，以获得关于使用活塞组件的性能信息，比较下降率与标准的下降率按国际规范[9,10]。
在50 MPa的测定下降率250和500，如图2所示的MPA与低压和高压截止阀的关闭压力平衡问题。活塞下降率（VF）由NIS实验室在20度左右的高温°C.应该等待最少10分钟产生的压力在UUT测量系统开始为活塞下降率的测量稳定后测量UUT温度之前。在测量VF时，应关闭低压和高压关闭阀，以避免可变容积螺杆的可能泄漏，其中S是下落活塞的距离；T是下落活塞的时间。
为了得到信息，对下降率进行了研究。将下降率与标准下降率进行比较根据国际规范[9,10]。在50兆帕，250和下降率测量。低压力和高压关闭500兆帕UUT的压力平衡阀关闭，如图所示图2。活塞下降率（VF）的NIS测量实验室温度在20°C左右，应该是等待最小10分钟后产生的压力UUT测试系统启动活塞之前为了稳定下降率测量等温度。在测量VF时，无论是低电平还是应关闭高压关闭阀，以避免可变容积螺杆可能漏油的影响活塞的运动范围一直保持在1毫米，以确保所有测量的下降率是在同一位置的活塞。下降率测量是使用感应探头，安装在压力平衡基地和活塞位置传感器连接到一台PC。操作软件被用来记录下降率作为时间的函数。下降率显示与所施加的压力线性变化，如表1所示。测量的下降率与测量值的不确定度为0.1%。
3.2有效区域的结果
3.2.1直接交叉流动
当平衡点达到[ 11 ]压力时从UUT产生等于压力的测量由RS即让= PRS。
理想条件下的方程（4）：
在这个过程中，从RS产生的压力是使用传感器同时测量UUT的线关闭，然后等容阀（CVV1）是用于关闭压力线为RS和二CVV2是用来打开UUT然后压力线由之产生的测量。微分压力可以用测量方法准确测定。通过使用这个过程对压力平衡进行了快速标定。这个过程是用一系列的RS1–uut1–uut2–RS2。所以压力的不同在RS和UUT产生可计算的下面的方法：
- A1 = RS1 uut1
–A2 = uut2 RS2
–RS和UUT =之间的差异（A1 A2）/ 2。
的比较技术的平衡条件，确保在每个阅读，让和永久居民相同的，下面的一般表达式如下比，R，对PCA的有效面积，相应的在参考水平上施加的压力，以及可以得出余额的实际温度。采用不同的条件会导致常规有效区的一般形式PCA [ 1 - 4 ]将将一般方程简化为方程（5）：
这一系列的数据记录将消除任何漂移，如果有的话，它给出的标准偏差比“–序列RS1 uut1–RS2”或“RS–UUT”。这些步骤一次压一个点的差值。将上述列出的程序应用到280兆帕（使用的压力传感器的上限）所得到的结果被用来计算有效和每一压力点的压力畸变系数表3列出。为了检验结果的有效性和一致性从表2和表3获得的两种方法中，计算了归一化误差（EN比）。
其中A0（直接）和A0（传感器）是测量有效的
使用直接比较和使用压力传感器分别。描述的过程eltawil等人。使用[ 12 ]。EN（a）被发现是0.12。这远远低于[ 12 ]所提出的标准。测量是一致的，验证是实现
那里是现在的h0的差异之间的两个高度在其中的有效参考水平的传统地区，alowast;uut和alowast;是rs，定义，和buut是有效的线性和brs热扩张系数的研究通过研究获得的材料的一个各自的活塞和气缸的线性热扩张有效面积的uut在20°c，a0p，为每个压力点所确定的每个周期是从
以下方程（使用符号从协议）：
5个周期的结果是平均的和100个数据。5个周期的点被拟合，如图4所示。
方程的线性回归模型：
残差在有效面积则从线性拟合（AE）5个循环如图5所示。表2给出使用直接交叉校准UUT的结果浮动程序。
3.2.2基于传感器的交叉浮动
在这个过程中，从RS产生的压力是使用传感器同时测量UUT的线关闭，然后等容阀（CVV1）是用于关闭压力线为RS和二CVV2是用来打开UUT然后压力线由之产生的测量。微分压力可以用测量方法准确测定。通过使用这个过程对压力平衡进行了快速标定。这个过程是用一系列的RS1–uut1–uut2–RS2。所以压力的不同在RS和UUT产生可计算的下面的方法：
- A1 = RS1 uut1
–A2 = uut2 RS2
–RS和UUT =之间的差异（A1 A2）/ 2。
这一系列的数据记录将消除任何漂移，如果有的话，它给出的标准偏差比“–序列RS1 uut1–RS2”或“RS–UUT”。这些步骤一次压一个点的差值。将上述列出的程序应用到280兆帕（使用的压力传感器的上限）所得到的结果被用来计算有效和每一压力点的压力畸变系数表3列出。为了检验结果的有效性和一致性从表2和表3获得的两种方法中，计算了归一化误差（EN比）。使用标准的统计技术，从下面的表达式，用于比较值：
其中L0（直接）和10（传感器）的测量是有效的使用直接比较和使用压力传感器分别。所得EN（L）为发现符合要求的0.27EN0.3通过[ 12 ]。e的这两个结果n（a）和EN（l）确认直接交叉浮动测量传感器一致性和验证。其中A0（直接）和A0（传感器）是测量有效的使用直接比较和使用
压力传感器分别。描述的过程使用[ 12 ]。EN（a）被发现是0.12。这远远低于[ 12 ]所提出的标准。测量是一致的，验证是可以实现的。
其中L0（直接）和10（传感器）的测量是有效的使用直接比较和使用
压力传感器分别。所得EN（L）为发现符合要求的0.27EN0.3通过[ 12 ]。e的这两个结果n（a）和EN（l）确认直接交叉浮动测量传感器一致性和验证。
4.结论
压力测量与有效面积计算在NIS上验证了高达500兆帕。重复性参考值确定的有效面积值标准的十公称压力从50兆帕到500兆帕。在50兆帕的步骤是一个很好的协议。测量的相对标准不确定度从1.5到3 ppm变化，如图6所示。测量结果表明，相对展开不确定性从28 ppm变化到90 ppm，如图所示。在图7中（扩展的相对不确定性）。作为在这个范围内，压力畸变是不确定性的主要来源，声称的不确定性高。500 MPa。基于传感器的方法成功应用用相对论测量主成分分析的有效面积结果与直接交叉浮动的区别有效面积计算的5.5 ppm在有效测量的不确定性范围内两种方法的面积。两者之间的相对差异得到的压力畸变系数为5.4%。也小于测量的不确定性方法.
参考文献
1。A.K. Bandyopadhyay，A.C. Gupta，一个国家的实现实用压力
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