數(shù)字式壓力控制器 校準(zhǔn)器綜述

PG7601為基準(zhǔn)級(jí)真空參考?xì)怏w活塞式壓力計(jì)，用于介質(zhì)為氣體的4kPa～ 7MPa表壓和7kPa～7MPa絕壓，以及-90kPa～350kPa差壓的校準(zhǔn)工作。通過將砝碼的鐘形罩抽為真空，PG7601能夠以真空為參考進(jìn)行測(cè)量。如果不需要接近和低于大氣壓，以及/或者需要高于7MPa（ 1000 psi）的絕壓或表壓，則宜考慮使用不具備真空參考能力的PG7102。

PG7601氣體活塞式壓力計(jì)具有所有的PG7000 標(biāo)準(zhǔn)特性，并可以建立和測(cè)量真空參考，相對(duì)于被抽真空的鐘形罩定義絕壓。支持“差壓模式”，覆蓋接近于零和不同靜壓下的正和負(fù)差壓。

PG7601氣體活塞式壓力計(jì)始終刷新顯示環(huán)境壓力、溫度、濕度和活塞組溫度、活塞位置、活塞下降速率、活塞轉(zhuǎn)速下降速率等參數(shù)。提供轉(zhuǎn)速“就緒/ 未就緒”指示功能， 實(shí)時(shí)刷新“質(zhì)量-壓力”計(jì)算。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的活塞旋轉(zhuǎn)可以選擇電機(jī)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，也可以選使用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

基準(zhǔn)級(jí)微壓活塞壓力計(jì)，提供微壓溯源性

FPG8601是基準(zhǔn)級(jí)微壓活塞壓力計(jì)，解決了活塞式壓力計(jì)在微小壓力范圍內(nèi)以極小的不確定度提供長(zhǎng)期溯源性的需求。

FPG 8601采用了活塞式壓力計(jì)原理：加到活塞缸有效面積上的壓力被轉(zhuǎn)換為成比例的力。然而，壓力產(chǎn)生的力并不是與重力加速度引起的重量相平衡的，而是由活塞所在的力平衡壓力傳感器測(cè)得的?；钊滋醉敳亢偷撞堪惭b了壓力室，可改變被用來定義壓力的參考?jí)毫Γ▽?duì)于表壓來說是大氣壓，對(duì)于絕壓來說是真空）。在常壓下利用高壓室和低壓室調(diào)零壓力傳感器，剔除活塞的重量以及其它非所測(cè)壓力的壓力因素，使測(cè)量壓力從零開始。根據(jù)活塞缸的有效面積和壓力傳感器測(cè)得的凈壓力值即可計(jì)算出差壓值。

力平衡式活塞壓力計(jì)原理框圖

為了避免通過在汽缸中旋轉(zhuǎn)活塞來確定其中心的不穩(wěn)定性和機(jī)械方面的復(fù)雜性，F(xiàn)PG8601活塞是通過缸體-活塞縫隙中獨(dú)立流通的潤(rùn)滑氣壓來確定中心的?？p隙呈圓錐形，收縮面對(duì)稱朝向活塞末端。缸體－活塞縫隙為1～6 mm，潤(rùn)滑壓力比參考?jí)毫Υ?0 kPa，保證流入到測(cè)量室的氣流非常?。ǖ陀诳偭康? sccm）?；钊麅啥说膲毫νㄟ^一個(gè)萬向節(jié)連接系統(tǒng)傳遞到壓力傳感器，該系統(tǒng)將活塞保持在其重心。連接系統(tǒng)的通路也用來提供缸體－活塞潤(rùn)滑氣。壓力傳感器被封閉在一個(gè)密封室內(nèi)，潤(rùn)滑氣通過該密封室流通。壓力傳感器密封室的設(shè)計(jì)有利于保持恒溫，并且潤(rùn)滑氣的相對(duì)濕度被保持在40～70 %之間，從而使壓力傳感器的性能達(dá)到較佳。 優(yōu)異的測(cè)量不確定度

該系統(tǒng)在表壓和絕壓模式下覆蓋的量程均為0（絕壓為0.5 Pa）～15 kPa（2.2 psi）。測(cè)量不確定度為讀數(shù)的±30 ppm與一個(gè)非常小的門限誤差的組合，足夠小以能夠校準(zhǔn)量程低達(dá)130 Pa (1 Torr，0.5 in. H2O)甚至13 Pa (100 mTorr，0.05 in. H2O)的各種微壓傳遞標(biāo)準(zhǔn)。 DHI有一份完整的不確定度分析報(bào)告（請(qǐng)參見DHI技術(shù)文章 2090TN05）說明FPG8601的測(cè)量不確定度。該儀器的穩(wěn)定度取決于碳化鎢活塞組和不銹鋼砝碼，所以FPG8601的校準(zhǔn)間隔與傳統(tǒng)的活塞式壓力計(jì)相同，并沒有其它特殊的維護(hù)要求。除了卓越的計(jì)量性能外，F(xiàn)PG8601還實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制；合理的尺寸和重量，在典型的高端計(jì)量實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下均可正常工作，沒有額外要求。

全自動(dòng)的力平衡控制

FPG8601壓力控制器通過調(diào)整限流閥的氣流進(jìn)行工作。限流閥的上游側(cè)被連接到上方的FPG壓力室，下游側(cè)被連接到下方的FPG8601的壓力室，并連接到大氣壓，或在絕壓工作模式下連接到獨(dú)立的真空源。

壓力控制器原理

控制器中有幾個(gè)具有不同導(dǎo)電系數(shù)的節(jié)流閥，并自動(dòng)選擇與相應(yīng)的壓力量程相匹配的一個(gè)。有2個(gè)質(zhì)量流量控制器（MFC），其中1個(gè)用于壓力粗調(diào)，另1個(gè)用于壓力精調(diào)，MFC并聯(lián)用于調(diào)整反饋環(huán)路中的流量。根據(jù)壓力設(shè)置點(diǎn)和 FPG8601壓力測(cè)量值之差進(jìn)行控制。有一個(gè)兩級(jí)的壓力調(diào)節(jié)器，其第二級(jí)以節(jié)流閥的下游側(cè)為參考，它為質(zhì)量流量控制器提供了一個(gè)穩(wěn)定的輸入壓力。FPG8601 包括一個(gè)基于Windows的系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)控制器與FPG8601硬件及被測(cè)設(shè)備進(jìn)行通信。FPG Tools軟件監(jiān)測(cè)和控制FPG8601的工作，并支持多種高級(jí)功能，包括全自動(dòng)工作、無值守測(cè)試程序并采集被測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)。所有的FPG8601和被測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)均被記錄為逗號(hào)分隔的數(shù)據(jù)文件，可方便地下載至其它應(yīng)用程序進(jìn)行分析。

以下為FPG Tools軟件的部分功能：

改變測(cè)量模式（表壓/絕壓）

壓力傳感器自動(dòng)調(diào)零，并自動(dòng)設(shè)置跨距

調(diào)整數(shù)據(jù)點(diǎn)平均時(shí)間

工作狀態(tài)發(fā)生過大變化時(shí)自動(dòng)報(bào)警

在低絕壓模式下進(jìn)行熱蒸發(fā)修正

被測(cè)設(shè)備設(shè)置

測(cè)試程序定義和儲(chǔ)存

全自動(dòng)測(cè)試

實(shí)時(shí)繪制測(cè)試結(jié)果

支持表壓、絕壓和絕差壓測(cè)量

FPG8601支持三種不同的測(cè)量模式：

表壓模式：把FPG8601的下方壓力室和測(cè)試的“低”側(cè)連接在一起，并和環(huán)境大氣壓相同。

絕壓模式：FPG8601的下方壓力室被抽成真空，并用真空計(jì)測(cè)量殘留真空。這種模式用于校準(zhǔn)密封絕壓的DUT。

絕差壓模式：把FPG8601的下方壓力室和測(cè)試的“低”測(cè)連接在一起并抽成真空。這種模式用于校準(zhǔn)相對(duì)于真空的差壓被檢對(duì)象。

此外，F(xiàn)PG8601沒有特殊環(huán)境要求，可安裝在2m長(zhǎng)的高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。壓力控制器常常安裝在試驗(yàn)臺(tái)下方。當(dāng)需要使用絕壓功能時(shí)，需要考慮真空泵的位置。如果需要，可以隨系統(tǒng)提供定制的安裝臺(tái)。其工作環(huán)境要求為典型的高端計(jì)量實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

性能卓越的QRPT傳感器

福祿克DHI公司的數(shù)字式壓力控制器/校準(zhǔn)器系列產(chǎn)品提供讀數(shù)精度，性能堪比活塞壓力計(jì)。其出眾的指標(biāo)是源于獨(dú)特的Q-RPT（石英諧振式參考?jí)毫鞲衅鳎Ｃ總€(gè)傳感器都經(jīng)過嚴(yán)格的評(píng)估并參照基準(zhǔn)級(jí)的壓力標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定其特性，只有滿足必需的線性度，重復(fù)性和穩(wěn)定性指標(biāo)的傳感器才能被使用。福祿克DHI壓力計(jì)量部通過二十多年來對(duì)成千上萬只傳感器測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的積累，得到了一個(gè)擁有專利的補(bǔ)償模型從而對(duì)每個(gè)傳感器賦予了優(yōu)化的計(jì)量特性。出于用戶不同需求和應(yīng)用的考慮，我們提供不同性能和價(jià)格的Q-RPT 壓力傳感器，適應(yīng)不同用戶的不同應(yīng)用。

PG7102為基準(zhǔn)級(jí)活塞壓力計(jì)，用于介質(zhì)為氣體 5kPa ~ 11MPa表壓和105kPa ~ 11MPa絕壓的校準(zhǔn)工作。通過自動(dòng)測(cè)量值加上PG7102 的內(nèi)置氣壓計(jì)或如RPM4-AD這樣的外部參考大氣壓力計(jì)測(cè)得的大氣壓力，即可支持絕壓模式。 PG7102 不支持低于大氣壓力的絕壓或表壓模式。若需覆蓋接近或低于大氣壓并/或在1500 kPa 200 psi以下獲得較佳準(zhǔn)確度的絕壓，請(qǐng)使用PG7601。

PG7102氣體活塞式壓力計(jì)具有所有的PG7000 標(biāo)準(zhǔn)特性，并具有更低成本、簡(jiǎn)化的氣體操作平臺(tái)。始終刷新顯示環(huán)境壓力、溫度、濕度和活塞組溫度、活塞位置、活塞下降速率、活塞轉(zhuǎn)速下降速率等參數(shù)。提供轉(zhuǎn)速“就緒/ 未就緒”指示功能， 實(shí)時(shí)刷新“質(zhì)量-壓力”計(jì)算?；钊D(zhuǎn)可以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

引言

高性能的活塞式壓力計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度已經(jīng)使其成為高準(zhǔn)確度壓力計(jì)量領(lǐng)域不可或缺的一種工具。隨著準(zhǔn)確度水平的提高，質(zhì)量保證要求的增強(qiáng)以及工作時(shí)自動(dòng)化程度的提高，活塞式壓力計(jì)必須不斷革新以擔(dān)負(fù)起其在壓力量值傳遞體系中的關(guān)鍵角色。

福祿克公司壓力計(jì)量部（DHI）著名于世的產(chǎn)品和技術(shù)就是其先進(jìn)的活塞式壓力計(jì)。這些高精度，高性能的活塞式壓力計(jì)代表著世界高水平的活塞壓力計(jì)，其用戶都是國(guó)家級(jí)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，壓力產(chǎn)品的著名制造商以及那些國(guó)際著名企業(yè)和國(guó)防單位的計(jì)量部門。福祿克的活塞式壓力計(jì)之所以能夠達(dá)到如此高的水平，是基于其精湛的制作工藝，不斷開發(fā)的各種專利技術(shù)以及數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)積累。

福祿克的DHI壓力計(jì)量部在開發(fā)新一代活塞式壓力計(jì)時(shí)提出了四點(diǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，包括：

確保支持當(dāng)今以及未來高準(zhǔn)確度的要求；

提供一臺(tái)現(xiàn)代化的全智能壓力校準(zhǔn)器，徹底改變壓力計(jì)量的傳統(tǒng)概念；

減小并盡可能消除操作者對(duì)測(cè)量的影響，提高測(cè)量的復(fù)現(xiàn)性；

改善活塞式壓力計(jì)的人機(jī)操作界面，使操作更簡(jiǎn)單，更方便，并提高工作效率。

基準(zhǔn)級(jí)活塞壓力計(jì)覆蓋完整壓力量程

福祿克的活塞式壓力計(jì)為基準(zhǔn)級(jí)壓力計(jì)量器具，其較高準(zhǔn)確度優(yōu)于讀數(shù)的0.002%（20ppm），是目前世界上活塞式壓力計(jì)的較高水平。中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本等三十多個(gè)國(guó)家的較高計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)及國(guó)防部門的計(jì)量單位均采用福祿克的活塞壓力計(jì)產(chǎn)品作為壓力基準(zhǔn)裝置。

福祿克的活塞式壓力計(jì)產(chǎn)品覆蓋了從絕壓下非常低的氣壓到液體介質(zhì)高壓的完整壓力量程，提供從真空到500MPa完整的壓力基準(zhǔn)裝置解決方案，滿足直至國(guó)家級(jí)計(jì)量部門的壓力計(jì)量需要。

盡管覆蓋不同的量程和介質(zhì)可能需要幾款活塞壓力計(jì)平臺(tái)和特定的附件，但是整個(gè)系列中都保持了一致的用戶界面和工作原理。在大多數(shù)情況下，僅需要兩款活塞壓力平臺(tái)，4種活塞套筒模塊和兩組砝碼即可獲得完備的氣壓和油壓的校準(zhǔn)能力。這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)之間的一致性，方便操作和培訓(xùn)。操作者無需學(xué)習(xí)和操作幾款完全不同的系統(tǒng)來覆蓋完整的壓力范圍。通過減少所支持的計(jì)量設(shè)備的數(shù)量來降低維護(hù)成本。

獨(dú)特的模塊化活塞設(shè)計(jì)

除了精密的活塞制造工藝，福祿克在設(shè)計(jì)活塞的時(shí)候，采用了很多的專利和特殊技術(shù)，從而保證了其精確性，耐用性，方便性等。其中較重要的技術(shù)就是可更換的模塊化活塞設(shè)計(jì)和制造。為了保證活塞和套筒加工的精密性和一致性，它們都是一一對(duì)應(yīng)的，配套成對(duì)。傳統(tǒng)的活塞壓力計(jì)更換活塞和套筒時(shí)不是很方便，因此通常不同的量程只能使用不同的壓力平臺(tái)。而福祿克的活塞是模塊化的，也就是活塞和套筒組合好的。不同的模塊可以在一個(gè)共同的平臺(tái)上使用。