Hiệu chuẩn áp kế lò xo và áp kế hiện số: trình tự A, B, C, sai số, độ trễ và độ không đảm bảo

Hiệu chuẩn áp kế lò xo và áp kế hiện số theo ĐLVN 76:2001, EURAMET cg-17: ba trình tự đo, cách tính sai số, độ trễ, độ lặp lại, độ không đảm bảo và ví dụ áp kế 0–10 bar cấp 0,6.

Áp kế là thiết bị đo phổ biến nhất trong nhà máy: trên nồi hơi, bình khí nén, đường ống thủy lực, máy nén, trạm bơm. Nhiều áp kế liên quan tới an toàn và thuộc diện phải kiểm định định kỳ. Bài này trình bày cách hiệu chuẩn áp kế lò xo (ống Bourdon) và áp kế hiện số: ba trình tự đo theo độ chính xác, cách tính sai số, độ trễ, độ lặp lại và độ không đảm bảo, một ví dụ đầy đủ với áp kế 0–10 bar cấp 0,6, và những yếu tố hay làm kết quả hiệu chuẩn khác với lúc sử dụng.

1. Áp kế lò xo và áp kế hiện số

• Áp kế lò xo: ống Bourdon tiết diện dẹt uốn cong; áp suất bên trong làm ống duỗi ra, đầu ống dịch chuyển, cơ cấu bánh răng biến dịch chuyển thành góc quay của kim. Cấp chính xác ghi trên mặt số là sai số cho phép theo % toàn thang, ví dụ cấp 1, 1,6, 2,5; loại chính xác có cấp 0,25 hoặc 0,6.
• Áp kế hiện số: cảm biến áp trở hoặc điện dung đổi áp suất ra tín hiệu điện, bộ xử lý tính và hiển thị. Độ chính xác thường từ 0,05 % đến 0,5 % toàn thang; độ phân giải hiển thị không phải độ chính xác.

Xem thêm cấu tạo các loại cảm biến trong bài cảm biến áp suất: cấu tạo, nguyên lý áp trở, điện dung, áp điện.

2. Tiêu chuẩn và chuẩn sử dụng

• Trong nước, quy trình kiểm định áp kế lò xo và áp kế hiện số là ĐLVN 76:2001; các phòng hiệu chuẩn cũng áp dụng hướng dẫn quốc tế EURAMET cg-17 (hiệu chuẩn thiết bị đo áp suất điện cơ) và DKD-R 6-1.
• Chuẩn: áp kế píttông hoặc áp kế hiện số chuẩn có độ không đảm bảo nhỏ hơn nhiều sai số cho phép của áp kế cần hiệu chuẩn, thường ít nhất bốn lần.
• Môi chất: khí cho dải thấp và áp kế dùng cho khí, dầu hoặc nước cho dải cao. Áp kế dùng cho ô xy tuyệt đối không được nhiễm dầu.

3. Ba trình tự đo theo độ chính xác

Thiết bị càng chính xác thì càng cần nhiều loạt đo và nhiều điểm để thấy rõ độ trễ và độ lặp lại. Các bước chung:

1. Chuẩn bị: áp kế để ở phòng đủ lâu cho cân bằng nhiệt; áp kế hiện số bật nguồn làm nóng theo hướng dẫn.
2. Lắp đúng tư thế sử dụng, đo chênh độ cao so với chuẩn.
3. Gia áp sơ bộ tới giá trị lớn nhất theo số lần của trình tự, giữ một lúc rồi xả về 0.
4. Đặt 0 (áp kế hiện số) và ghi số chỉ ở 0.
5. Đo các loạt: tăng dần qua các điểm phân bố đều, giữ ở điểm lớn nhất, giảm dần; mỗi điểm chờ ổn định mới đọc.
6. Tính sai số, độ trễ, độ lặp lại, độ không đảm bảo ở từng điểm.

4. Ví dụ: áp kế lò xo 0–10 bar cấp 0,6

Áp kế có sai số cho phép ±0,6 % × 10 bar = ±0,06 bar, vạch chia 0,05 bar, người đọc ước lượng tới 0,01 bar. Theo bảng, dùng trình tự B: gia áp sơ bộ hai lần, chín điểm 0; 1,25; … 10 bar, ba loạt M1 tăng, M2 giảm, M3 tăng. Chuẩn là áp kế hiện số có U = 0,004 bar (k = 2).

Cách tính tại mỗi điểm:

• Sai số trung bình = trung bình ba lần đọc trừ áp suất chuẩn.
• Độ trễ = chênh lệch giữa số đọc chiều giảm và trung bình chiều tăng.
• Độ lặp lại = chênh lệch giữa hai loạt tăng M1 và M3.
• Độ không đảm bảo gộp: độ không đảm bảo của chuẩn, độ phân giải khi đọc (0,01 bar), độ lặp lại và độ trễ (coi là phân bố chữ nhật), cùng chênh độ cao nếu có.

Kết luận: sai số lớn nhất +0,033 bar, cộng U vẫn nằm trong ±0,06 bar; áp kế đạt cấp 0,6. Giấy chứng nhận ghi bảng kết quả để người dùng biết sai số ở từng vùng; ví dụ ở khoảng 4–8 bar áp kế chỉ cao hơn thực tế khoảng 0,03 bar, có thể hiệu chính nếu cần chính xác hơn.

5. Những điểm cần chú ý

• Tư thế lắp: áp kế lò xo hiệu chuẩn ở tư thế đứng nhưng lắp nằm trên máy có thể lệch vài phần vạch do trọng lượng cơ cấu.
• Chênh độ cao: cột dầu 10 cm tương ứng khoảng 8 mbar, đáng kể với áp kế dải nhỏ.
• Gõ nhẹ vào vỏ áp kế lò xo trước khi đọc để giảm ma sát cơ cấu, nếu quy trình cho phép; ghi rõ có gõ hay không vì kết quả khác nhau.
• Nhiệt độ khí: khí nóng lên khi nén nhanh và nguội dần khi giữ, áp suất trôi theo; chờ ổn định.
• Áp kế hiện số: kiểm tra và ghi trôi điểm 0 trước và sau khi đo; với cảm biến áp suất dư, điểm 0 là áp suất khí quyển tại chỗ.
• Quá áp: không gia áp vượt giới hạn dải; áp kế đã bị quá áp hoặc va đập (kim không về 0) phải kiểm tra trước khi hiệu chuẩn.

6. Những lỗi hay gặp

7. Xem thêm

• Cảm biến áp suất: cấu tạo, nguyên lý áp trở, điện dung, áp điện và cách chế tạo.
• Các bài khác trong loạt: áp kế píttông, cách đọc giấy chứng nhận hiệu chuẩn, hiệu chuẩn transmitter áp suất 4–20 mA, các nguồn sai số khi đo áp suất.