1、引言
壓力計量測試無論在生產(chǎn)過程還是科學研究中都是應用最廣泛的測量參數(shù)之一，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，壓力計量測試技術(shù)同樣獲得飛速發(fā)展。不僅靜態(tài)壓力計量測試技術(shù)發(fā)展很快，而且動態(tài)壓力校準測試技術(shù)和現(xiàn)場壓力校準技術(shù)已成為當前壓力計量測試技術(shù)發(fā)展的新方向。
2、壓力基、標準和數(shù)字壓力計性能的提高
多少年來，國際上壓力計最高精度的寶座一直為以汞作介質(zhì)的準基液體壓力計所占有（3～6ppM），基準活塞壓力計的準確度很長時間保存在20ppM左右。80年代初美國DH Instruments，Inc 采用碳化物材料制作直徑為35mm的大直徑活塞壓力計，并通過幾何尺寸測量直接向基本量溯源等一系列研究工作，大大減小了該活塞系統(tǒng)有效面積的不確定度，于1986年法國LNE國家實驗室首先采用它作為法國在10～400kPa壓力范圍的國家基準。此前，人們一直采用液體壓力作為低壓段0～120kPa的基準，LNE的工作第一次證明活塞壓力計作為定義低壓的基準是完全可以和汞柱基準液體壓力計相比的。
在1992年初DH公司和美國NIST的壓力室、長度室合作采用陶瓷材料和可控間隙結(jié)構(gòu)研制成測壓范圍為2.5～175kPa，直徑達標50mm的新型活塞壓力基準。研究表明，借助于活塞系統(tǒng)的新的加工方法、新材料和新技術(shù)已經(jīng)使50mm直徑的活寒系統(tǒng)在幾何尺寸質(zhì)量和內(nèi)在性能上優(yōu)于35mm的活塞系統(tǒng)。NIST通過直接幾何尺寸測量得到的不確定度大大低于35mm的活塞系統(tǒng)，其估計不確定度為5ppM。這種新活塞壓力計的性能不僅大大提高，而且具有非常好的長期穩(wěn)定性。自此以后，這種高精度、高穩(wěn)定性的大直徑活塞壓力計先后被主要工業(yè)化國家的國家實驗室采用作他們的壓力基準。
微電子、微處理技術(shù)和新型傳感器技術(shù)的發(fā)展推動了智能化、數(shù)字化、高精度、高穩(wěn)定度數(shù)字壓力傳感器和數(shù)字壓力計的發(fā)展。這方面具有代表性的是80年代初美國Honeywell公司最早采用微電子、微處理技術(shù)在同一芯片上制作壓敏、溫敏即雙敏傳感器，并在-40℃～80℃溫度范圍內(nèi)進行溫度和壓力補償，研制成具有雙向通訊功能和數(shù)字、模擬量輸出的智能壓力傳感器和ST3000壓力變送器，其傳感器精度達0.05%，穩(wěn)定性好，為0.025%/年。
美國派若斯（Paroscientific）公司推出了精度更高（0.01%），穩(wěn)定性更好（優(yōu)于0.01%/年）的數(shù)字式石英壓力傳感器。這是一種在同一石英晶體上制作一石英諧振壓力傳感器和一石英諧振溫度傳感器，采用石英溫度傳感器的輸出對壓力信號進行補償，使傳感器能在-54～107℃的寬廣溫度范圍內(nèi)無須預熱即可使用。它還在結(jié)構(gòu)上采取測壓氣體與壓力敏感元件完全分離的措施，可使傳感器不受測壓氣體種類和濕度的影響；傳感器內(nèi)部還包含有必要的砝碼自平衡和沖擊保護裝置，可使傳感器工作在高加速度、沖擊和振動負荷下。因此在太空飛船、導彈實驗室、氣球大氣探測和衛(wèi)星等領域得到了廣泛的應用。
智能化、數(shù)字化和控制技術(shù)的發(fā)展，特別是智能化數(shù)字壓力傳感器的問世，促進了數(shù)字壓力計的新發(fā)展，在國內(nèi)外市場上先后出現(xiàn)了各種高精度的手動或自動控制的數(shù)字壓力計，其中穩(wěn)定性、可靠性好的數(shù)字式壓力計不僅可用于高精度壓力測量，還可以用作壓力計量測試標準。派若斯（Paroscientific）公司的740和760系列數(shù)字式石英壓力計，由于其精度、穩(wěn)定性、可靠性等性能突出，在國際上被用作壓力傳遞標準，DH公司采用數(shù)字式石英壓力傳感器研制生產(chǎn)多量程（三量程或六量程）的手動或自動數(shù)字式壓力計。上述數(shù)字式壓力的精度為0.01%，它包括非線性、遲滯、重復性誤差，穩(wěn)定性、溫度影響和檢定所用標準的誤差等，其穩(wěn)定性優(yōu)于0.01%/年。
3、動態(tài)壓力校準測試技術(shù)的發(fā)展
動態(tài)測試是指被測參數(shù)隨時間變化，變化方式有階躍方式，也有各種脈動方式。例如：內(nèi)燃機、柴油機和航空發(fā)動機的燃燒壓力變化主要為脈動方式，爆炸和武器發(fā)射，其壓力變化類似階躍方式。為了保證各種動態(tài)壓力測試數(shù)據(jù)的準確和統(tǒng)一，提出了動態(tài)校準的要求。美國和前蘇聯(lián)在動態(tài)校準測試技術(shù)方面做了大量的研究工作，特別在軍事工業(yè)上發(fā)揮了重大作用。在我國，如果說80年代以前人們對動態(tài)測試尚不熟悉的話，80年代以來動態(tài)校準測試已引起科技界和工業(yè)部門的重視，特別是科研院所和高等學校為此做了大量的研究工作，并建立了包括激波管、快開閥和各種正弦壓力發(fā)生器在內(nèi)的一系列動態(tài)壓力計量標準設備。
4、現(xiàn)場校準技術(shù)的發(fā)展動向
其實，國內(nèi)外早就有“現(xiàn)場校準”的做法，那時由于準確度低，在現(xiàn)場主要用于檢查工作儀表是否正常，還不能用來校準工作特性，也沒有用“現(xiàn)場校準”這種說法。
90年代以來，科學技術(shù)發(fā)展很快，智能化、數(shù)字化、計算機、通訊、控制技術(shù)都獲得了迅速發(fā)展，無論是生產(chǎn)過程儀表，還是用于科研的實驗臺上的儀表、傳感器的精度都有很大提高。在這種精況下，工作現(xiàn)場的環(huán)境條件與計量室的環(huán)境條件不一樣，有的甚至相差很大，有的現(xiàn)場環(huán)境工作條件還相當惡劣，使得在計量室校準所得工作特性不能滿足現(xiàn)場實際工作條件的需要，這一矛盾尖銳地擺在人們面前。如何解決這個矛盾呢？便提出了要在現(xiàn)場實際工作環(huán)境和工作條件下進行校準的需要。科研生產(chǎn)實踐對現(xiàn)場校準的迫切需求，促進了國內(nèi)外現(xiàn)場校準儀表的開發(fā)。
90年代初美國Fluke公司首先推出了十分小巧輕便（體積相當于日常使用的萬用表）的，能將壓力、溫度、電壓、電流、電阻和頻率校準、測試故障尋找以及產(chǎn)生測試報告文件于一身的手持式新型多功能現(xiàn)場校準儀。僅用這樣一塊儀表，就可以在現(xiàn)場測試校準絕大部分生產(chǎn)過程儀表、傳感器，使得現(xiàn)場測量及儀表校準發(fā)生了革命性的變化，進一步推動了現(xiàn)場校準技術(shù)的發(fā)展。其它廠商，如英國Druck等公司也紛紛推出了相應的適合現(xiàn)場工作的校準儀表。
使用現(xiàn)場校準儀的試驗和生產(chǎn)現(xiàn)場對測試儀表、傳感器及測試系統(tǒng)進行校準的數(shù)據(jù)就能代表測試系統(tǒng)現(xiàn)場真實運行的情況，減少和避免了環(huán)境和工作條件不同引起的誤差，提高了測試精度，保證了試驗的成果和產(chǎn)品的質(zhì)量。人們在實踐中還明顯注意到現(xiàn)場校準比起把現(xiàn)場儀表拆下來拿到計量室校準大大提高工作效率。
近年來隨著ISO-9000標準的貫徹，其中提出了要在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，從設計、研制、生產(chǎn)、試驗和使用過程中都要實施“計量保證”措施。現(xiàn)場校準就是測試儀表在使用過程中實施計量保證的強有力的措施之一。工業(yè)界還注意到過程檢測方面還在逐步采用智能儀表、變送器取代普通儀表、變送器，并開始用FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)取代DCS集散控制系統(tǒng)，這對現(xiàn)場校準提出了更高的要求。因為這些儀表、變送器不是普通的單功能的現(xiàn)場儀表，而是具有綜合功能的智能儀表，實現(xiàn)了全數(shù)字化、全分散、全開放。不同廠商的現(xiàn)場儀表可以在現(xiàn)場總線上互連、互換，并可換一組態(tài)。為適應這些發(fā)展，并考慮到目前HART協(xié)議是國際上應用最為廣泛的現(xiàn)場通訊協(xié)議，F(xiàn)luke公司進一步把F740系列過程校準器的功能與HART通訊能力結(jié)合起來研制成F744HART過程認證校準器，這將為具有HART功能的智能儀表的現(xiàn)場校準提供更大方便。
對于智能變送器要不要進行定期校準，有一種觀點認為不用校準，理由是它們已對溫度和非線性誤差作了全數(shù)字補償，其實這是一種誤解。智能變送器對溫度誤差和非線性實現(xiàn)全數(shù)字補償雖然提高了精度，也在一定程度上改善了整個儀表的性能，但還不能從根本上控制誤差的變化，對于使用工作條件惡劣的變送器情況更是如此。就像我們?nèi)穗m然生活條件和保健條件大大改善了，這只能延緩衰老，但不能停止衰老；會少生病，但不會不生病。
為了正確使用和維護品質(zhì)優(yōu)良的智能儀表，我們還是要定期校準和維護，確保其優(yōu)良的使用性能。
5、結(jié)束語
在國內(nèi)，90年代以來某些領域在國家的支持下，現(xiàn)場校準技術(shù)和儀表的研究也取得了可喜的成果，在數(shù)字壓力市場上也有不少產(chǎn)品可用于現(xiàn)場校準，但功能比較單一，穩(wěn)定性尚待提高。國外的一些現(xiàn)場校準儀產(chǎn)品能把校準、測試、故障檢測以及生產(chǎn)測試報告文件等功能集于一身，而且輕便小巧和高可靠性的數(shù)字式壓力計，都是值得我們借鑒的。
我國面臨不久的將來可能進入WTO，儀表業(yè)在儀表性能、價格甚至外觀都將進一步面對挑戰(zhàn)，我們需要通過采用新元件、新工藝、新技術(shù)努力提高數(shù)字壓力計和各種現(xiàn)場校準儀表的性能，特別要提高穩(wěn)定性和可靠性，增加競爭能力以滿足市場的需要。為適應現(xiàn)場校準技術(shù)的發(fā)展，航空工業(yè)部出版的《現(xiàn)代測量與控制技術(shù)辭典》一書中對“現(xiàn)場校準”、“在線校準”、“實時校準”等條目就其內(nèi)涵和應用作了相應的闡述，可供參考。
現(xiàn)場校準技術(shù)發(fā)展過程中，還有幾個相關(guān)的問題需要予以重視和解決，就是現(xiàn)場校準儀的溯源和校準規(guī)范。后者包括現(xiàn)場校準儀本身的校準規(guī)范或檢定規(guī)程和使用現(xiàn)場校準儀對過程儀表進行現(xiàn)場校準必須遵守的校準規(guī)范。對于多功能多參數(shù)的現(xiàn)場校準儀，這兩個問題尤為重要，應引起生產(chǎn)廠商和計量部門的重視，并予以解決好。
