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| 2024。07 08 | 如何配置合適的高壓校正器 |
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如何配置合適的高壓校正器
確保操作人員安全是高壓測量非常重要的一環，所以在執行高壓校正時，既要保證測量品質也要保障操作人員的安全。那多大的壓力才算是高壓呢？其實高壓是相對的，就比如某個壓力，在這個應用上是高壓，但在其他應用上就是正常的壓力範圍。在本文中，我們將 20MPa 以上的壓力定義為高壓。
要了解高壓校正的複雜性，首先需要了解涉及到的物理現象和系統工作方式。理想氣體定律雖然也存在一定的局限性，但許多氣體在不同工況條件下的行為可以用它來解釋。理想氣體定律描述了影響封閉系統中壓力的變量，具體來說：
PV=nRT
其中 P 為壓力，V 為體積，n 為氣體物質的量，R 為摩爾氣體常數，T 為溫度
從氣體理想定律中可知壓力與體積、氣體物質的量和溫度有關，壓力與體積成反比關係，壓力與物質的量和溫度成正比關係。從以上關係中可以發現，要改變系統中壓力，可以從三個方面考慮：
1. 改變體積：壓力比較儀或者活塞
2. 改變系統中物質的量：這就是大多數氣體壓力控制器的工作方式，額外的氣體進入或者派駐系統，以增加或降低壓力
3. 改變溫度：這是一種很少使用的方法，但可用於將壓力穩定在給定的設定點
理想氣體定律也可用於理解壓力不穩定。壓力變化與三個變量中的一個或多個保持一致：體積變化（壓力管線的膨脹或收縮）；物質的量的變化（洩露）；溫度變化（當流體溫度冷卻時，壓力隨之降低）。
粘度是流體抵抗運動或流動的特性，從理論上講，測量靜壓時，介質應為靜態介質，粘度不產生顯著影響。在高壓下工作時，如果使用粘性介質（如某些機油），可能會導致壓力穩定時間過長。當在不同溫度下進行試驗時，這一點尤為重要，因為介質粘度隨溫度變化而變化。
壓縮性是流體的特性，它決定施加壓力時其體積將發生多大的變化。由理想氣體定律可知系統壓力和體積高度相關，壓力隨體積變化而變化的程度由流體的可壓縮性定義。氣體是可壓縮的，如果系統的體積發生變化，壓力不會隨之發生顯著變化；液體是不可壓縮的，減小系統體積將顯著增加壓力。這就是為什麼液體比氣體更容易產生高壓。
在壓力標定校正時應使用什麼介質？對於較低壓力，尤其是低於 7MPa 壓力，氣體介質是最常見的，壓力相對容易產生，氣體清潔，消除了較大的壓頭壓力誤差；對於 100MPa 以上的壓力，使用氣體介質的設備選擇很少，產生壓力變得困難，應使用液體介質；在兩者之間的壓力怎麼選擇呢？在校正實驗室應用中，氣體介質通常壓力高達（或高於）14MPa 的情況下使用，其中氮氣瓶隨時可用，近年來，隨著高壓氣瓶或增壓至更高氣體壓力的方法變得可用，氣體和液體介質選擇之間的斷點持續上升。使用氣體代替液體的優點包括減少污染被測設備（DUT）的機會、由於粘度較低穩定性時間延長、減少壓頭壓力誤差；但氣體也由自己的缺點，因為高壓氣體具有更多的壓縮能量，一旦發生過壓時間，則非常危險。
要正確測量壓力，壓力需足夠穩定。但是在高壓情況下，這會比較難，因為體積變化（壓力管道的膨脹和收縮）、洩露和溫度影響，壓力將不穩定。其中最大的挑戰是溫度效應，隨著系統中壓力的增加，流體的溫度也隨之升高，當壓力不再升高，溫度將降低直至到達平衡，隨著溫度的降低壓力也隨之降低，即使不存在洩露，壓力下降看起來也可能是洩露。洩露導致的壓力降低將繼續降低，而不會減慢，如果有足夠的時間穩定下來，由溫度引起的壓力下降最終會得到解決。如何克服溫度效應呢？
• 使用活塞式壓力計，浮動活塞起到天然調節器的作用，以保持穩定的壓力，隨著溫度降低，活塞下沉，而從改變系統的體積，只要活塞浮起並轉動起來，系統處於平衡狀態，壓力保持穩定
• 使用壓力控制器，自動壓力控制器主動調節系統中物質的量或者改變系統中的題解來抵消溫度效應
• 使用壓力比較器或類似於手動裝置，這設備溫度效應最明顯，因為沒有什麼可以抵消它們。對於不存在滯後問題的應用，增加壓力超過設定值，然後降低壓力，這將平衡溫度影響，使設備更快穩定，如果這不可行，那麼可能需要延長穩定時間
此外，在執行高壓校正時首先需要考慮的時安全性，包括：
• 適當的個人防護用品（PPE），如使用安全眼鏡
• 選擇合適設備，所有壓力設備（包括配件、管道、閥門和儀表）的最大額定工作壓力滿足要求
• 操作人員培訓，操作人員需要接受設備安全操作方面的培訓，尤其是手動操作的設備
FLUKE Calibration 提供多種不同類型的高壓校正標準設備，每種類型都有各自的特點，以滿足廣大用戶的不同需求。下表簡要介紹對比了 FLUKE 高壓校正產品，供廣大用戶作為選型參考。
