活塞式壓力計(以下簡稱壓力計)的工作原理是基于作用在活塞下端面流體壓力所形成的力與施加于活塞上端砝碼所產生的重力相平衡的原理制成。

活塞式壓力計為壓力測量的基準儀器。活塞壓力計系統包括垂直安裝的活塞桿/活塞筒組件精確校準過的砝碼(力值)直接加載在活塞桿(有效面積)上,活塞桿可以在活塞筒內自由的升降。所加載的砝碼的重力與系統里的壓力產生的向上的力相平衡。

壓力=力/面積( P=F/S )

每個砝碼上會標明與主機相同的型號以及其對應的具體壓力值,實際產生的壓力值為砝碼壓力值的總和加上活塞桿及其連接件的壓力值。

系統首先從儲液罐里往管路里充液,然后再通過微調絲杠進行壓力的調節,因為液體基本是不可壓縮的,所以很小的調節就可以使活塞頂起來,系統里的壓力和所加的砝碼實現平

衡。

系統中相同液位的壓力是相同的,因此當系統平衡時(比如活塞和砝碼能自由的旋轉,并以正常的速度旋轉和下降時),活塞和砝碼產生的壓力與被檢器端的壓力相等。

活塞桿/活塞筒之間有非常小的清潔的間隙,該間隙允許工作介質可以通過并起到潤滑的目的,避免了金屬面與金屬面的直接接觸。

在活塞壓力計的正常使用過程中,系統中的工作液會從該間隙中極其緩慢滲漏出來,因此活塞組件的底部會有連接管將工作液積攢到一個小的圓環凹槽里。它用于收集滲漏出來的工作液。

重力加速度對活塞式壓力計準確性的影響

活塞式壓力計具有準確度高、性能穩定、操作簡單等優點,在量值傳遞、精密測量、常規測量方面得到了廣泛的推廣和使用。

    活塞式壓力計誤差主要來源有兩個:一個是活塞有效面積A;另一個是砝碼質量m。由于各地重力加速度不同,對活塞式壓力計的誤差影響很大。在不同地區使用活塞式壓力計要注意對砝碼的質量按使用地點的重力加速度進行修正。

一、問題的提出

    在活塞有效面積檢定中,其被檢活塞式壓力計有效面積計算中,重力加速度在等式兩邊約去。所以檢定有效面積時,重力加速度的準確與否對其沒有影響。

    活塞專用砝碼質量是根據已經測得的活塞面積,計算壓力對應的砝碼質量。其計算公式為

      式中:m——專用砝碼質量,kg;p——被測量壓力值,Pa;A′——被檢活塞的有效面積,m2;ρa——周圍空氣密度,kg/m3;ρm—專用砝碼、活塞及其連桿材料密度,kg/m3;g——活塞式壓力計使用地點的重力加速度,m/s2。

    重力加速度是其中一個重要的計算參數,其準確性直接影響活塞質量。

    從JJG59-2007《活塞式壓力計》檢定規程中可知,烏魯木齊地區的平均重力加速度值為9.8015m/s2,而通過實際測量工作地點的緯度和海拔高度,以重力加速度計算公式進行計算,計算出的重力加速度值與JJG59-2007給出的重力加速度值相差很大。

    二、誤差計算

    為了研究烏魯木齊地區重力加速度值測定不準引入誤差對活塞式壓力計標準裝置的影響,通過對自治區計量院壓力檢定室地理位置海拔高度、緯度實際測量的數據進行分析,計算重力加速度值,并探討同一地區重力加速度測定不準對引入誤差數值的影響。

    我院壓力檢定室的緯度是43.989°、海拔高度是730m。通過重力加速度計算公式,得

        式中:R——地球半徑,等于6371×103m;h——測量地點的海拔高度;Φ——測量地點的緯度。

    經過計算,我院的重力加速度g=9.8035m/s2,而JJG59-2007中烏魯木齊的重力加速度為9.8015m/s2,重力加速度誤差將引起活塞砝碼質量誤差達到0.02%,而JJG59-2007中最低級別的0.05級活塞砝碼質量的最大允許誤差僅為±0.02%,0.02級和0.005級活塞的砝碼質量要求更高。所以,JJG59-2007中給定的重力加速度不能滿足高準確度的需求。

    重力加速度與海拔高度、緯度有直接的關系,經計算得知在我國所處的區域內,緯度相差1°的兩地g值相差(0.0006~0.0009)m/s2。在同一緯度地區海拔每升高30m,g值減小約0.0001m/s2。g值每變化0.000lm/s2,引起活塞質量的誤差大約為0.001%。所以為滿足實際測量要求的需要,應當給定準確的使用地點的重力加速度值。

    三、實際使用中的問題

    2008年年初,我院建立了0.005級活塞式壓力計標準裝置。在建標過程中發現,JJG59-2007中的重力加速度不能滿足需要,我們需要至少能準確到小數點后5位的重力加速度數值。而通過緯度和海拔計算得到的重力加速度與JJG59-2007中給定的重力加速度相差較大,在沒有可靠計量手段的情況下,不能確定哪個更為準確。