3. 1 熱壓罐壓力真空系統校準方法
系統校準方法是將壓力傳感器( 變送器) 與顯示記錄儀表組合成一套系統,可以說該系統就是一臺數字壓力計,可以按照 JJG875 - 2005《數字壓力計檢定規程》進行校準,誤差計算公式為:δ = p - ps ( 3)式中: δ—熱壓罐壓力真空系統示值誤差;p—熱壓罐壓力真空系統讀數;ps—標準示值。
3. 2 壓力傳感器( 變送器) 和儀表分離校準法分離校準法是分別校準壓力傳感器( 變送器)和儀表,通過標準壓力源給壓力傳感器( 變送器) 壓力信號,使用數字萬用表測量壓力傳感器( 變送器)輸出電信號,同時給儀表輸入標準電信號,測量儀表壓力信號輸出值,校準示意圖如圖 5。
分離校準法具有局限性,由于壓力傳感器只考慮傳感器的線性誤差,而傳感器輸出信號沒有理論值無法進行儀表示值誤差校準,所以一般只適用于
壓力變送器,根據壓力變送器理論輸出值計算儀表輸入標準電信號,誤差計算公式為:φ = I - Is ( 4)ω = pi - pis ( 5)式中: φ—熱壓罐壓力變送器示值誤差;
I—熱壓罐壓力變送器輸出電信號值;Is—熱壓罐壓力變送器輸出電信號理論值;ω—熱壓罐壓力真空儀表示值誤差;
pi—熱壓罐壓力真空儀表示值;pis—熱壓罐壓力真空儀表電信號對應理論壓力值。
3. 3 系統校準與分離校準方法可行性分析壓力真空參數的校準在行業校準領域一般優先選擇系統校準方法,由于壓力傳感器( 變送器) 一般均為線性誤差,并且壓力真空參數校準均為全量程校準,系統校準可覆蓋壓力真空設備全部范圍。分離校準法一般不適用于壓力傳感器校準,由于壓力傳感器的輸出信號不是標準信號,壓力傳感器誤差分析只考核傳感器的線性誤差,例如 GE 公司生產的 PDCR330 - 16A 型壓力傳感器壓力量程為( 0 ~ 1000psi,輸出信號為( 0 ~ 100) mv,較大允許誤差為 ± 0. 2% FS,校準數據如表 5、表 6。
從表 5 和表 6 中可看出兩個壓力傳感器的線性誤差均為 0. 13% FS,滿足傳感器技術要求,但是兩個傳感器之間的差值為 0. 421% FS,按理論值計算表 6 中的示值誤差更是達到了 - 1. 064% FS,如果按理論值推倒計算均超出的傳感器技術要求; 并且有些公司生產的熱壓罐壓力真空設備采用系統集成的方法根本無法進行分離測試,如德國 Scholz 公司生產熱壓罐采用 Honeywell 壓力傳感器和顯示記錄儀表,集成在儀器柜內,如采用分離法校準對設備的損
傷比較大,均不建議采用分離法校準。另外,從誤差分析的原理出發考慮分離法校準擴大了壓力真空系統的較大允許誤差。美國波音公司的熱壓罐壓力真空系統采用系統法校準,真空段的較大允許誤差為 ± 5kPa,但如果按照大型客機采用分離法校準傳感器較大允許誤差為 ± 5kPa,儀表的較大允許誤差為 ± 10kPa,累加后較大允許誤差為± 15kPa,擴大了壓力真空系統的較大允許誤差。當然分離法校準對傳感器( 變送器) 和儀表的故障排除具有優勢,可準確的判斷故障,但會帶來大量的人工成本,綜上分析,分離法校準加大了校準復雜性,提高了校準成本,擴大的壓力真空系統的較大允許誤差,可以說在質量上放寬了對壓力真空系統的要求。
3. 4 驗證實驗
為驗證系統校準法與分離校準法,通過熱壓罐同一壓力系統分別進行系統校準法和分離校準法,計算系統校準法誤差和分離校準法累加誤差,比較二者之間的差異驗證兩種校準方法。實驗對象為美國 ASC 公司生產 Φ1 × 2m 熱壓罐壓力及儀表系統,該系統采用壓力變送器配備計算機采集顯示系統,壓力變送器量程: ( 0 ~ 300) psi,輸出值( 0 ~ 5) V。
3. 4. 1 系統校準法
使用 GE 公司生產 DPI615 型便攜式壓力校驗儀作為標準壓力源,允差為 ± 0. 025% FS,校準數據如表 7
3. 4. 2 分離校準法
使用 GE 公司生產 DPI615 型便攜式壓力校驗儀作為標準壓力源,允差為 ± 0. 025% FS; 芬蘭貝美克斯公司生產的 MC6 過程測量儀作為信號源和數字萬用表進行電信號測量,允差為 ± 0. 02% 讀數,校準數據如表 8。
將系統校準法和分離校準法的誤差進行比對,如圖 6 所示。
通過實驗驗證系統校準法的示值誤差與分離校準法的累加誤差是基本一致的,對熱壓罐壓力真空系統的校準可以認為是等同的。
4 結論
由于熱壓罐壓力真空系統控制性能不好會導致多余的孔隙發生壓縮、破碎并溶解在基體中,從而得到低孔隙含量的復合材料,會直接影響到復合材料的力學性能和耐濕熱性能,因此它是復合材料工藝過程中的重要控制參數。按照分離校準法校準壓力真空系統從質量方面考慮擴大了較大允許誤差,從生產成本上考慮增加了標準設備,同時也增加了人工成本和校準復雜性; 而壓力真空系統校準法則覆蓋了整個壓力真空量程,能夠全面反應壓力真空系統的真實準確度。