電力行業標準《高壓測試儀器及設備校準規范第10部分：六氟化硫密度控制器校驗儀》編制說明一、工作簡要過程電力行業標準《高壓測試儀器及設備校準規范第10部分：六氟化硫密度控制器校驗儀（以下簡稱“本標準”）是根據國家能源局《關于下達2021年能源領域行業標準制修訂計劃及外文版翻譯計劃的通知》（國能綜通科技〔2021〕92號）獲批立項，由全國高電壓試驗技術和絕緣配合標準化技術委員會高電壓試驗技術標準化分技術委員會歸口管理，國網浙江省電力有限公司電力科學研究院牽頭編制。2021年9月30日獲批立項。牽頭單位隨即開展收集資料和啟動準備相關工作。2021年11月18日召開啟動工作會議，編制工作由西安熱工研究院有限公司孟玉嬋進行技術指導。啟動會成立了標準編制工作組，對標準草案進行了討論，對標準編寫工作內容、要求、進程等進行討論和分工，標準編制工作組由國網浙江省電力有限公司電力科學研究院、西安熱工研究院有限公司、安徽省計量科學研究院、廣東電網有限責任公司電力科學研究院、華電電力科學研究院有限公司山東分院、國網上海市電力公司電力科學研究院、浙江省計量科學研究院、國網陜西省電力公司電力科學研究院廈門加華電力科技有限公司共9家單位組成。2021年11月~2022年1月，編制工作組根據啟動會討論情況，分工對校驗儀產品及校驗儀校準情況開展調研，并開展試驗驗證工作，對標準初稿進行修改，于2022年2月完成征求意見稿材料。2022年3月24日，本標準征求意見稿審查會議以視頻會議形式召開。會上，征求意見稿審查通過。二、編寫原則和主要內容本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。主要內容有范圍、規范性引用文件、術語和定義、概述、計量特性、校準條件、校準項目和校準方法、校準結果表達和復校時間間隔。三、主要試驗驗證情況及預期達到的效果主要試驗項目：1、溫度測量誤差對p20的影響試驗；2、設定點校驗控壓速率對設定點校驗的影響試驗；3、氣體公式驗證；4、不確定度分析（對1級被校密度控制器）；5、校驗儀校準項目驗證試驗。具體試驗情況詳見試驗驗證報告。四、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況本標準未采用國際標準和國外標準。五、與現行法律、法規、政策及相關標準的協調性本標準與現行法律、法規、政策及相關標準協調一致。六、重大分歧意見的處理經過和依據本標準無重大分歧意見。七、貫徹標準的要求和措施建議六氟化硫密度控制器校驗儀是開展六氟化硫密度控制器校驗的專用儀器。為滿足密度控制器校驗需求，校驗儀的壓力測量及控制性能、溫度測量性能、壓力換算受溫度的影響量等均應滿足一定的計量特性要求，需要定期進行溯源，從而保證量值可靠。該校準規范頒布后應及時組織相關人員對本標準貫徹學習，開展經驗交流，規范統一校驗儀的校準。八、廢止現行有關標準的建議無。九、重要內容的解釋1、標準條款的說明第1章范圍校驗儀測量范圍應大于被檢SF6密度控制器的測量范圍，由表1可見，根據GB/T22065—2008《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》4.3.2條和JB/T10549—2006《SF6氣體密度控制器和密度表通用技術條件》6.5條，JJG1073-2011《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》第1章的要求，通常SF6氣體密度控制器的測量范圍在(-0.1～0.9)MPa，因此校驗儀的壓力測量范圍應包含(-0.1～0.9)MPa。近幾年，隨著環網柜、特高壓直流場設備上安裝的小量程壓力式六氟化硫密度控制器數量的增加，為滿足測量不確定度的需求，也出現了測量范圍（0~0.2）MPa的校驗儀。但是目前市場上生產和應用的密度控制器和校驗儀測量范圍均小于(-0.1～0.9)MPa，通常校驗儀生產廠家標注的測量范圍也不大于(0～1)MPa，考慮今后有可能出現不同測量范圍的校驗儀，而對不同測量范圍的密度控制器選擇校驗儀的要求是標準器的允許誤差絕對值不大于被檢密度控制器允許誤差絕對值的1/3，不會因為測量范圍導致標準器選擇不當，而不明確測量范圍更有利于標準的適用性，因此在本標準第1章沒有明確校驗儀的壓力測量范圍。表1六氟化硫密度控制器的測量范圍技術標準編號密度控制器的測量范圍GB/T22065—2008(-0.1～0.5)MPa，(-0.1～0.9)MPaJB/T10549—2006(-0.1～0.9)MPaJJG1073—2011(-0.1～0.9)MPa此外，現場使用的校驗儀脫離實驗室標準環境，壓力測量本身受環境溫度影響，作為校驗儀量傳的標準值p20是利用壓力和溫度共同計算的結果，因此本標準聚焦于現場用校驗儀，除了規定對校驗儀壓力測量、壓力控制的校準外，對溫度測量誤差、p20溫度影響量也提出了校準要求，從而確保校驗儀p20計算的準確可靠。實驗室標準環境下使用的校驗儀受溫度影響小，可參考本標準有選擇地選擇校準項目。第5章計量特性校驗儀按壓力產生（控制）方式分為手動和自動兩種，目前自動加壓是主流產品。由于校驗儀對SF6密度控制器開展示值和設定點動作值校驗，對動作值的校驗要求校驗儀的控壓速率滿足一定要求，因此，本標準對自動加壓方式的校驗儀的控制性能提出計量要求。校驗儀是一種帶有特殊功能的數字壓力儀表，參照GB/T36411-2018《智能壓力儀表通用技術條件》、JB/T7392-2006《數字壓力表》、JJG1107-2015《自動標準壓力發生器》及被測SF6密度控制器開展校準的需要（表2和表3），確定計量特性。表2校驗儀相關技術標準的測量性能要求測量性能技術標準編號GB/T36411—2018JB/T7392-2006JJG1107-2015基本誤差√√√（示值誤差）回差√√√重復性√√示值波動√√零位漂移√√√長期漂移（30天）√穩定性（48小時）√周期穩定性（1年）√表3SF6密度控制器校準或試驗項目項目技術標準編號GB/T22065—2008JB/T10549—2006DL/T259-2012JJG1073-2011基本誤差√√√（示值誤差）回差√√√√指針偏轉的平穩性√√√√輕敲位移√√√√設定點偏差√√√切換差√√√溫度補償√√√零位誤差√額定壓力值誤差√√校驗儀從壓力測量功能劃分屬于數字壓力表，數字壓力表的穩定性相對較差，相關標準均對其短期穩定性和長期穩定性等提出要求，本標準也對穩定性相關的項目（零位漂移、回程誤差）提出計量要求。此外，校驗儀開展工作時，需要將不同環境溫度下的實測壓力pT換算至20℃對應的SF6氣體壓力p20，pT測量與p20計算受環境溫度及溫度測量結果影響，因此對校驗儀的溫度測量準確度及溫度對p20影響應有一定要求。結合表2和表3相關標準的項目要求，本標準確定校驗儀測量方面計量特性：壓力示值誤差、零位漂移、回程誤差、溫度示值誤差和p20溫度影響量。壓力示值誤差要求按校驗儀的準確度等級劃分，目前SF6密度控制器準確度等級通常為1級、1.6級和2.5級，與之匹配的，以校驗密度控制器為主要目的的校驗儀準確度等級主要為0.2級，少量為0.25級，高等級可達0.1級。這類校驗儀一般為現場校驗設計，實驗室也可以使用。有檢測機構為了方便開展校驗儀產品的日常檢測工作，定制了更高等級（0.05級）的校驗儀，0.05級的校驗儀價格貴重且存量比較稀少，主要用來實驗室內校驗常規準確度等級校驗儀產品，不用于現場開展密度控制器校驗。相應現場用校驗儀的準確度等級通常為0.1級、0.2級，也有0.25級?？紤]到實際生產的需求，本標準校驗儀準確度等級包含0.1級和0.2級，按數字壓力儀表對壓力最大允許誤差的要求，最大允許誤差根據準確度等級按量程百分比計算。零位漂移是檢查校驗儀短期穩定性的指標，參照表2中相關標準，規定在1小時內零位漂移不大于示值最大允許誤差絕對值的1/2。回程誤差參照表2中相關標準規定不大于示值最大允許誤差絕對值。溫度示值誤差反映校驗儀溫度測量準確度，校驗儀的p20由實測壓力pT和溫度T通過軟件計算得到。根據SF6氣體狀態方程（貝蒂-布里奇曼經驗公式）估算，溫度對不同密度SF6氣體壓力的影響如表4所示?？梢?，20℃時不同密度的氣體在溫度變化時，壓力的變化率是不同的，溫度對壓力的影響大約為0.0015～0.0039MPa/℃(p20在0.4MPa～0.9MPa時)。表4溫度對不同密度SF6氣體壓力的影響20℃絕對壓力(MPa)密度(kg/m3)dP/dt(%/℃)0.4240.150.530.50.190.6370.240.7440.290.8510.340.958.50.40注：第3列是量程的百分數，量程按1MPa。JJG1073-2011《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》7.1.1規定標準器基本誤差的絕對值不大于被檢密度控制器最大允許誤差絕對值的1/4，分析得出溫度示值誤差在不大于±0.5℃時對p20影響在可接受范圍內。該誤差要求包含溫度傳感器及顯示部分，且僅對校驗儀具有配套的專用溫度傳感器（如鉑電阻溫度計）時此項目才開展，對完全外置（如紅外溫度計，玻璃棒溫度計等）且溫度值需手動輸入校驗儀的的溫度測量儀表，此項目僅作為指標要求，方法不適用，允許使用經（其他機構）檢定/校準確認的計量性能滿足要求的溫度計。開展試驗發現校驗儀采用內置的溫度測量方式不能確保溫度測量的準確性，即不能對溫度測量的準確性進行溯源，也不能保證其測量方法的有效性，經與生產廠家溝通了解，內置方式的溫度傳感器目前已很少使用，因此，內置方式的溫度測量未寫入標準。SF6密度控制器的p20誤差是其最關鍵的技術指標，因此校驗儀p20示值的誤差也是校驗儀最重要的指標。密度控制器的p20示值通過物理補償獲取，GB/T22065—2008《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》條款6.11按照等容試驗法對密度控制器進行溫度補償試驗。校驗儀p20示值由壓力和溫度測量結果pT和T，經過公式計算得到，因此p20示值誤差由壓力pT、溫度T和換算公式引入。編制組初期也試圖對校驗儀采用等容試驗法，但試驗數據與實際值相差非常大，表明此方法對校驗儀不合適。經分析及試驗，考察校驗儀在偏離20℃時壓力測量及p20計算情況可以反映校驗儀p20示值的準確度，即考察環境溫度偏離20℃時，校驗儀根據實測壓力與標準溫度計算的p20值與p20理論值的誤差，本標準稱該計量特性為“p20溫度影響量”，包含壓力測量受溫度變化影響造成的誤差和校驗儀通過公式將壓力測量結果pT轉換為p20帶入的誤差兩部分。參考GB/T22065—2008條款5.9的溫度補償和JB/T7392-2006條款4.12的溫度影響，具有相同的公式表達形式，只是補償系數有區別，本標準對p20溫度影響量采用相同的公式表達形式，補償系數按密度控制器補償系數的1/4選取，對常用的（-20~60）℃范圍內，補償系數取0.005%/℃。自動控壓的校驗儀從壓力控制功能劃分屬于自動標準壓力發生器，校驗儀采用氣體作為介質，控壓比較容易，參照JJG1107-2015《自動標準壓力發生器》條款5.3.1和5.3.2對校驗儀壓力控制穩定性、壓力控制超(回)調量提出計量要求。自動控壓的校驗儀在開展密度控制器的設定點偏差和切換差校驗時，要求壓力緩慢地加（降）至設定點，在設定點偏差和切換差試驗時對壓力變化的速度應有指標要求，因此，控壓速率也是必要的校準項目。本標準確定自動控壓校驗儀控制方面的計量特性：控制穩定性、壓力控制超(回)調量和控壓速率。第6章校準條件、第7章校準項目和校準方法與計量特性對應，確定校準項目為壓力示值誤差、零位漂移、回程誤差、溫度示值誤差、p20溫度影響量、控制穩定性、壓力控制超（回）調量和控壓速率。1）標準裝置及主要設備的選擇標準裝置主要是壓力標準器和溫度標準器。本標準中校驗儀準確度等級為0.1級和0.2級，按照壓力儀表的溯源要求選擇標準器最大允許誤差絕對值不大于被校校驗儀最大允許誤差絕對值的1/3。在開展控制性能試驗時，需要分辯力優于被校校驗儀的最大允許誤差絕對值1/10的壓力儀表，0.05級及以上的數字壓力表一般能滿足此要求，因此，不再另外配置開展控制性能的壓力儀表。溫度標準器用于開展溫度示值誤差的試驗，由于要求校驗儀的溫度測量誤差包含溫度傳感器和溫度顯示儀表的系統誤差，根據JJG229-2010《工業鉑、銅熱電阻》，要求溫度標準測量系統引入的擴展不確定度（置信概率95%）換算成溫度值應不大于被檢溫度傳感器允許誤差絕對值的1/4，根據JJF1171-2007《溫度巡回檢測儀校準規范》選擇恒溫槽工作區域最大溫差≤0.04℃，溫度波動度優于±0.05℃/10min。2）校準方法a)校準項目“零位漂移、壓力示值誤差、回程誤差”參照JJG875-2019條款7.3.4、7.3.6和7.3.7方法開展。由于校驗儀通過內部計算實現pT至p20的轉換，傳壓介質僅提供壓力傳遞平衡的作用，無需體現六氟化硫氣體的壓力溫度特性（機械式的六氟化硫密度控制器在做溫度補償試驗時是需要用六氟化硫氣體體現壓力溫度特性的，此處容易引起混淆），因此校準校驗儀時使用的傳壓介質為安全、潔凈、無腐蝕性的氣體即可，從環保角度，無需使用六氟化硫氣體。b)校準項目“溫度示值誤差”溫度示值誤差由傳感器和溫度顯示儀表兩部分引入，同理，所使用的溫度標準測量系統一般也是由溫度標準器和溫度顯示儀表組成。參照相關的溫度技術規范，在校驗儀溫度測量范圍內選擇3個校準點（包括上、下限），將校驗儀配套的專用溫度傳感器（如鉑電阻溫度計）與溫度標準測量系統的標準器同時放置在恒溫槽（油槽、水槽或低溫槽等）內。試驗時從低溫逐點升溫至各試驗點。在每一試驗點，待溫度穩定后，按標準-被檢-被檢-標準的順序為一個循環，分別讀取溫度標準測量系統與校驗儀顯示的溫度值，循環三次，取六次示值平均值作為測量值，計算校驗儀溫度示值誤差。c)校準項目“p20溫度影響量”將校驗儀放入高低溫試驗箱，模擬現場環境，體現現場溫度變化對壓力測量的影響，壓力標準器不放入高低溫試驗箱。選取校驗儀工作溫度范圍上、下限為溫度校準點，穩定2h后，選擇不少于5個壓力試驗點，并均勻地分布在量程范圍內，升壓至壓力試驗點，待壓力穩定后分別讀取大氣壓力計示值、壓力標準器壓力示值、溫度標準器溫度示值T和校驗儀的壓力測量結果，同理，逐點試驗直至最高壓力校準點，之后逐點降壓進行反行程校準；據大氣壓力計示值、壓力標準器示值、溫度標準器示值T計算p20理論值。將校驗儀取出試驗箱，使校驗儀升壓至上述各點，手動輸入對應試驗點的溫度標準器示值T作為修正溫度，記錄此時校驗儀p20，與理論值比較得出p20溫度影響量。經過試驗驗證，此校準方法可操作。d)校準項目“控制穩定性”參照JJG1107-2015《自動標準壓力發生器》條款7.3.7.1和7.3.7.3，考慮到校驗儀開展密度控制器設定點校驗的范圍，確定壓力測量范圍（20%～80%）內均勻選取三個校準點。依次逐點加（降）壓力，待各點壓力輸出值穩定后，讀取并記錄壓力標準器30?s內的示值，完成一個試驗循環，示值最大值與最小值之差的1/2為校驗儀的控制穩定性。e)校準項目“壓力控制超（回）調量”參照JJG1107-2015《自動標準壓力發生器》條款7.3.7.2，在進行控制穩定性試驗時，同時記錄校驗儀控制升壓（或降壓）到下一校準點壓力值達到穩定過程中壓力標準器的壓力值。升壓（或降壓）過程中，壓力標準器示值最大值（最小值）與校準點壓力值穩定后壓力標準器示值之差的絕對值為壓力控制超（回）調量。f)校準項目“控壓速率”將校驗儀與壓力標準器相連接，選擇一個六氟化硫密度控制器常用的報警或閉鎖壓力點作為測量點p0，在p0附近選擇控壓起始點p1，p1與p0之差應不小于量程的1%。將p0設定為校驗儀輸出的目標壓力值并加壓，當壓力到達起始點p1時開始計時，到達測量點p0時停止計時，記錄所用時間t。再按照上述方法進行降壓的控壓速率試驗。控壓速率vp按照公式（1）計算?！?）式中：vp?——控壓速率，MPa/s；p0——指定測量點，MPa；p1——控壓起始點，MPa；t

?——壓力從起始點p1到達測量點p0所用的時間，s。試驗過程中發現，有的校驗儀控壓起始點不能通過設置選取，此時可利用六氟化硫密度控制器接點動作校驗過程進行控壓速率試驗。在對六氟化硫密度控制器進行接點動作校驗時，校驗儀會進行兩個升降壓循環，如圖1所示，第一個循環盲掃接點動作的大致壓力范圍，第二個循環會在動作點附近降低控壓速率以捕捉準確的接點動作值，因此可以在第二個循環選擇控壓起始點進行控壓速率試驗。在第二個循環升壓過程L點開始計時并讀取壓力值pL，在上切換值（恢復值）停止計時，兩點壓力差值應不小于量程的1%，記錄所用時間和p上。在第二個循環降壓過程H點開始計時并讀取壓力值pH，在下切換值（動作值）停止計時，兩點壓力差值應不小于量程的1%，記錄所用時間和p下?？貕核俾拾凑展剑?）~（3）計算。圖中：L——升壓過程控壓起始點；t1——L點對應時間；p上——上切換值；t2——上切換值對應時間；H——降壓過程控壓起始點；t3——H點對應時間；p下——下切換值；t4——下切換值對應時間。圖1?控壓速率試驗示意圖………（2）………（3）由于試驗原理與前述理論方法不沖突，只是實現方式有差別，故將利用接點動作校驗過程的方法內容放入附錄B供參考。2、其他需要說明的內容1）SF6氣體狀態方程常用于計算p20的方程有三種：AlliedChemical方程、Beattie&Bridgeman方程和MCallet方程。有文獻試驗證明Beattie&Bridgeman方程計算的結果與實驗值符合得較好。還有一種Virial方程也在工程上應用。但調研發現目前國內生產使用的校驗儀大都使用Beattie&Bridgeman方程進行計算，除威卡公司應用另一個拜爾氣體方程（Prof.Dr.K.Bier,Uni.Karlsruhe）。但即使都是用Beattie&Bridgeman方程進行計算，其修正常數會有所不同。雖然各生產廠家應用的Beattie&Bridgeman方程并不完全一致，但鮮有聽聞不同的校驗儀在開展密度控制器校驗工作時產生很大的差異和分歧。另外查找資料也未發現有較為權威的機構或資料顯示哪個方程更具權威性。因此，就目前常用的幾個方程進行驗證比較，找到差異大小，以獲得合理的p20理論值。表5所示為目前常用的Beattie&Bridgeman方程。表5常用Beattie&Bridgeman方程序號方程來源方程應用代表1DL/T259-2012六氟化硫氣體密度控制器校驗規程p=（RTB-A）d2+RTdA=73.882×10-5-5.132105×10-7dB=2.50695×10-3-2.12283×10-6dR=56.950