JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》浅析

焦鑫鑫 王小三 咸宝金 刘 鑫 王慧龙 朱 刚

(北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》浅析

焦鑫鑫 王小三 咸宝金 刘 鑫 王慧龙 朱 刚

(北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

介绍了JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》的主要变化，就检定设备的选择、特殊压力传感器的检定方法等对规程进行浅析，结合测试实例论述了新增传感器零点漂移和周期稳定性两个性能指标的必要性，并对规程的进一步完善提出了建议。

压力传感器 零点漂移 周期稳定性

1 引 言

近年来，随着我国科研水平的不断进步，压力计量测试技术的发展日新月异，压力传感器产品日趋小型化、集成化、智能化、系统化和标准化，在敏感元件材料、测压原理以及应用环境等方面出现了诸多变化，JJG 860-1994《压力传感器(静态)检定规程》已无法满足压力传感器计量需求，尤其对在高低温、振动等复杂环境下使用的压力传感器和特殊原理压力传感器的检定缺乏指导性。针对这种情况，国家质量监督检验检疫总局于2015年发布了JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》以替代JJG 860-94。新规程在特殊压力传感器的检定等方面做出了改进和完善。本文将从分析新旧规程的变化入手，结合笔者在计量工作中的实践，分析JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》的改进的必要和优越之处，并对该规程的进一步完善提出相应的建议，以期对计量人员和传感器使用人员有所帮助。

2 新旧规程的变化

JJG 860-2015《压力传感器(静态)检定规程》在旧版规程JJG 860-1994的基础上，采用了GB/T 15478-1995《压力传感器性能试验方法》、GB/T 18459-2001《传感器主要静态性能指标计算方法》、GB/T 18806-2002《电阻应变式压力传感器总规范》、GB/T 20522-2006《半导体器件第14-3部分：半导体传感器——压力传感器》的部分内容，在保留JJG 860-1994行之有效内容的基础上修订完成。相比旧版规程，新规程在压力传感器检定设备的选择、检定项目的数量以及检定方法的规定等方面都发生了一些变化，下面详细说明新旧规程的变化内容。

2.1 检定设备的选择

如表1所示，[1,2]新规程对检定设备的选用方法中，最大的变化是对整套检定设备检定时引入的扩展不确定度作出了具体规定，使检定设备的选择更加科学合理。

表1 新旧规程对主要检定设备规定的比较

2.2 特殊压力传感器的检定

2.2.1 非定点使用的非线性压力传感器的检定

相较旧规程，JJG860-2015增加了对于非定点使用的非线性压力传感器的检定方法的规定。在对此类传感器进行检定时，除了对其基本误差有所要求之外，还增加了对曲线符合度的检定：

“符合度，即正反行程实际平均曲线相对于参比曲线的最大偏差，用满量程输出的百分比来表示”。“曲线符合度只适用于非定点使用的非线性压力传感器，曲线符合度不得大于基本误差限绝对值”。

2.2.2 定温度点使用的压力传感器的检定

相较旧规程，JJG860-2015还考虑到了非常温条件下使用的压力传感器的检定难题，增加了对该类传感器检定方法的规定，即：“按额定工作温度或实际工作温度的要求，将传感器(包括尽可能多的电缆线)置于符合要求的高低温试验箱内，将传感器在确定的温度点定温，试验箱内的温度达到目标温度后充分稳定至少2h，按本规程7.3.1～7.3.9的方法进行检定。其在特定温度点的基本误差应不大于基本误差限”。

2.2.3 传感器计量性能要求的补充

JJG860-2015在旧版规程的基础上，增加了对传感器零点漂移、周期稳定性等计量性能的要求，并规定了相应的检定方法。

2.2.3.1 零点漂移

对于零点漂移，JJG 860-2015规定：“压力传感器的零点漂移不得大于基本误差绝对值的1/2，绝压传感器对此不作要求”。

2.2.3.2 周期稳定性

对于周期稳定性，JJG 860-2015规定：“本次检定的灵敏度与上一周期的灵敏度差值的绝对值，与本次检定的灵敏度的比值为灵敏度周期稳定性，通常以百分数表示，该值不得大于基本误差限绝对值”。

传感器零点漂移、周期稳定性等指标的具体检定方法详见规程，这里不再赘述。

3 对新版规程的浅析

3.1 检定设备选择方法的浅析

由表1可以看出，旧规程在压力标准器的选择上，突出了准确度等级较低设备检定时必须采用准确度等级较高设备这一基本原则，并在此基础上规定了激励电源、读数记录装置等配套检定设备的性能指标范围。

JJG860-2015在检定设备的选择上引入了不确定度的概念，将压力标准器及配套设备看做一个整体，对整套检定设备在检定压力传感器时引入的扩展不确定度加以限制。在这个前提下，压力标准器及配套设备可以根据需要在一定范围内自由选用。

通过对比，JJG 860-2015通过引入不确定度概念，既可以综合评估整套检定设备计量性能对传感器检定结果所带来的影响，同时也给予了计量人员以充足的自由，使其得以根据现实条件合理选用压力标准器及配套设备。综合来看，新版规程对检定设备选择的规定更为科学合理，同时也具有更强的实用性。

3.2 特殊压力传感器检定方法的浅析

3.2.1 非定点使用的非线性压力传感器检定方法浅析

JJG860-2015颁布之前，旧规程中仅仅规定了定点使用的非线性压力传感器基本误差的计算方法，而非定点使用的非线性压力传感器的检定长期处于无法可依的状态。新规程对本类传感器检定方法的规定，使其有了明确的检定方法，同时也使得规程内容更加严谨，是对旧规程在计量实践指导性方面的一个必要完善。

3.2.2 定温度点使用的压力传感器的检定方法浅析

相比旧版规程，JJG 860-2015考虑到了在高低温及振动等复杂环境条件下工作的压力传感器的实际计量需求，明确规定了如今常用的定温度点使用的压力传感器的检定方法，这是对旧规程的有益改进。

然而，笔者认为，这种检定方法也存在有待完善之处。第一，对压力传感器进行计量的意义在于判定传感器的实际使用性能，使得传感器的实际工作数据更加准确可信，因此，传感器的检定条件应尽可能地与其实际工况一致。规程规定将传感器置于高低温试验箱内，待试验箱内温度达到既定温度时对压力传感器进行检定，这种检定方法仅仅是对传感器外部工作环境的模拟，试验箱内温度达到目标温度后充分稳定至少2h的做法并不能真正控制测压介质的温度，无法真实模拟传感器的工作状态，无法保证传感器测试数据的准确可靠。第二，由于压力传感器与压力标准器通常处于介质连通状态，那么高低温是否将会影响压力标准器的实际工作性能，这种影响是否将会直接影响到传感器的检定结果都不得而知。若高低温对传感器检定结果有直接影响，那么在选择压力标准器时应有哪些注意事项，压力标准器性能随温度变化的合理区间是多少，规程理应加以明确。

3.3 传感器零点漂移和周期稳定性计量性能增加的必要性

JJG860-2015除了对传感器的重复性、迟滞、线性等作出规定之外，还对增加了对传感器零点漂移、周期稳定性等计量性能的要求，并规定了相应的检定方法。笔者认为，零点漂移、周期稳定性同属时移特性指标，反映了压力传感器零点及幅值灵敏度随时间的变化情况，是压力传感器设计人员、使用人员和计量人员所必须考虑的性能指标，其对于传感器准确度等级判定至关重要，理应包含在检定项目之内。对传感器零点漂移、周期稳定性等计量性能要求的扩展将使得新版检定规程更加完善科学，具有更强的实践指导性。下面以某压力传感器的测试实例对传感器零点漂移、周期稳定性这两个性能指标的重要性进行阐释。

对新出厂，标称准确度等级0.5级，量程1MPa的某压力传感器进行连续三次示值检定，测试数据见表2～表4。

表2 某压力传感器第一次测试数据

依照旧规程，压力传感器的准确度等级判定指标主要有重复性误差、回程误差、线性误差和基本误差四个。若被测传感器的以上四个指标数值均不大于传感器准确度等级所对应的允许基本误差的绝对值，则判定此压力传感器符合本准确度等级。四项指标数值计算结果见表5。

表3 某压力传感器第二次测试数据

表4 某压力传感器第三次测试数据

表5 某压力传感器测试数据计算结果

由表5可以看出：

(1)三次测试中传感器工作直线方程中的截距(表征零点输出数值)发生了较大变化，其最大变化量甚至达到了传感器满量程输出的1%左右；

(2)传感器的灵敏度最大产生了约4%的漂移；

(3)按照JJG860-94对本传感器三次测试结果进行准确度评定分别得到了符合0.5级和符合1级两个结论。

显然，在没有进行破坏性试验的前提下，短时间内对压力传感器进行测试，却得到了截然不同的测试数据，这本身就说明了传感器自身时移特性可能存在较大问题，实际使用时将严重影响测压数据的准确性与可靠性。这种类型的传感器必须进行准确度等级重新判定并缩短检定周期，才能再次投入正常使用。

JJG860-2015将零点漂移和周期稳定性等时移特性纳入传感器检定项目，同时将其作为传感器准确度等级的判定依据，将在某种程度上避免上述情况的发生。通过对传感器零点漂移的检定，记录传感器的零点输出随时间的变化情况，若依然出现类似以上测试数据，则可依据新规程对零点漂移的规定“压力传感器的零点漂移不得大于基本误差限绝对值的1/2”，可判定此传感器不符合1.0级。传感器使用一段时间后，通过对周期稳定性的检定，此传感器极可能被判定为周期稳定性不合格，必须缩短检定周期，以最大限度地保证用户的利益。因此，计量人员在对压力传感器进行检定的时候，应对零点漂移和周期稳定性这两项传感器时移特性指标数据的检定引起足够重视。

4 新规程使用注意事项及改进建议

4.1 新规程使用注意事项

(1)在选择相应设备对压力传感器开展检定工作之前，计量人员需严格按照规程要求，对整套检定设备引入的扩展不确定度进行计算，计算结果符合要求方可投入使用；

(2)对于非定点使用的非线性压力传感器，计量人员除了要通过输出值检定计算传感器的基本误差之外，还要计算传感器的曲线符合度，曲线符合度不得大于基本误差限绝对值；

(3)计量人员在检定过程中应重视对压力传感器零点漂移和周期稳定性等计量特性的检定，关注传感器的时移特性；

(4)计量人员应严格遵从规程规定，检定前的预压进行3次即可，切不可为得到良好测试结果而人为增加预压次数；

(5)要特别注意传感器性能指标表述的变化，如JJG 860-2015中将旧规程中的“回程误差”表述改变为“迟滞”等。

4.2 对新规程的改进建议

(1)对定温度点使用的压力传感器进行检定时，规程应将高低温对压力标准器性能可能带来的影响考虑在内，对压力标准器在高低温条件下的性能变化区间加以限定；同时要寻求更加合理有效的检定方法模拟传感器的实际工作状态，以期使测试数据能够更加真实可靠地反映传感器实际工作性能；

(2)对绝压传感器，建议增加零点漂移检定项目。对于压阻式绝压传感器而言，其测压原理决定了同样存在零点漂移，且影响到传感器校准曲线的获得。与压阻式表压传感器不同的是，由于计量设备的限制，压阻式绝压传感器在压力绝对零点处的示值输出很难测得，因此通常记录传感器在某个特定压力值处的示值输出变化情况并以此来考察零点漂移状况。绝压传感器的零点漂移指标的获得具体可参照GJB 4409A-2011 《压力传感器通用规范》相关规定。

(3)建议对7.3.10.3条款进行修订。对压电式压力传感器，由测压原理决定，压电式压力传感器本身在零点时并无输出，无法进行零点漂移检定。

5 结束语

JJG 624-2005《压力传感器(静态)检定规程》较旧规程在检定设备的选择等方面都做出了改进，相关规定更为科学合理，具有更强的计量实践指导性。通过对新旧规程的变化进行探讨，明确了计量人员在使用规程时的几点注意事项，对规程的改进提出了建议，供压力计量技术人员参考。

[1] 国家技术监督局. JJG 860-1994 压力传感器(静态)检定规程[S].北京：中国计量出版社，1994.

[2] 国家质量监督检验检疫总局. JJG 860-2015 压力传感器(静态)检定规程[S].北京：中国质检出版社，2015.

Discussion on JJG 860-2015 Verification Regulation ofPressure Transducer (Static)

JIAO Xin-xin WANG Xiao-san XIAN Bao-jin LIU Xin WANG Hui-long ZHU Gang

(Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology，Beijing 100076, China)

Main variations of a new Pressure Transducer (Static) Verification Regulation JJG 860-2015 are introduced. Discussions are carried out on the selection of the test instruments and the verification methods for specific pressure transducers. The necessity of adding two new performance indicators, the zero shift and the cycle stability, is demonstrated according to some test cases. Furthermore, some improvement suggestions for this regulation are proposed.

Pressure transducer Zero shift Cycle stability

2016-07-29，

2016-11-01

焦鑫鑫(1986-)，男，工程师，主要研究方向：动静态压力计量测试技术研究。

1000-7202(2017) 02-0049-05

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.10

TB935

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