運(yùn)用活塞式壓力計(jì)進(jìn)行壓力測量時影響精度的幾個重要條件由上海儀表股份有限公司為您解答！

概述：

下文是上海自動化儀表廠活塞式壓力計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，討論了使用活塞式壓力計(jì)進(jìn)行壓力測量時，專用砝碼質(zhì)量、使用地點(diǎn)重力加速度、高度差、壓力變形等因素對壓力量值的影響，從而保證測量的準(zhǔn)確可靠。
引言
活塞式壓力計(jì)是以帕斯卡定律和流體靜力學(xué)力平衡原理為基礎(chǔ)進(jìn)行測量壓力的計(jì)量器具。其工作原理的計(jì)算公式為p=F/A，即由已知活塞有效面積A、已知專用砝碼質(zhì)量F，通過計(jì)算求得壓力量值p?；钊綁毫τ?jì)主要由活塞系統(tǒng)、專用砝碼和校驗(yàn)器組成[1]，其中活塞系統(tǒng)包含活塞和活塞筒。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由于活塞的有效面積和專用砝碼質(zhì)量可以精確測量，所以活塞式壓力計(jì)的準(zhǔn)確度較高，且具有良好的穩(wěn)定性，在壓力計(jì)量技術(shù)中，通常作為壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器使用。1活塞式壓力計(jì)在壓力量值傳遞中需注意的幾個問題

活塞式壓力計(jì)在使用前都需要送計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行溯源，計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)依據(jù)檢定規(guī)程的要求進(jìn)行各個項(xiàng)目的檢定或校準(zhǔn)，檢定合格出具檢定證書，校準(zhǔn)證書一般給出活塞的有效面積值、砝碼的實(shí)測值及其測量不確定度。工作中遇到很多企業(yè)的技術(shù)人員，他們都能按照計(jì)量管理的要求將設(shè)備按時送檢，但由于缺乏對活塞式壓力計(jì)的了解，認(rèn)為拿到證書就能使用了，導(dǎo)致在使用活塞式壓力計(jì)進(jìn)行壓力量值傳遞時引入了多種系統(tǒng)誤差，使得產(chǎn)品的計(jì)量性能出現(xiàn)偏差，從而在產(chǎn)品的型式評價、質(zhì)量抽查、委托計(jì)量檢定中出現(xiàn)問題，造成經(jīng)濟(jì)損失?；钊綁毫τ?jì)在測量壓力時的基本公式為：

公式（1）中：
m——專用砝碼、活塞及其連接件總質(zhì)量m（真空中
的質(zhì)量），kg
g——活塞壓力計(jì)工作地點(diǎn)的重力加速度，m/s2
ρa(bǔ)——空氣密度，kg/m3
ρm——砝碼材料密度，kg/m3
θ——活塞軸線與重力方向的夾角，(°)
Γ——工作介質(zhì)的表面張力系數(shù)，N/m
C——活塞的周長，m
Fr——為活塞和活塞筒之間的摩擦力，表現(xiàn)為活塞的鑒別力，N
A0——活塞系統(tǒng)在零壓力和20℃下的有效面積，m2αP和αc——活塞和活塞筒的熱膨脹系數(shù)，℃-1
t——活塞系統(tǒng)溫度，℃
λ——壓力變形系數(shù)，MPa-1
P——接近實(shí)際壓力值的一名義值，MPa
從式（1）可以看出，實(shí)際使用活塞壓力計(jì)測量壓力時要考慮眾多影響因素，下面分別對幾個主要問題進(jìn)行探討，在使用時需加以重視。
1.1專用砝碼質(zhì)量對壓力量值的影響
公式（1）中的專用砝碼、活塞及連接件總質(zhì)量m是指真空中質(zhì)量，但在質(zhì)量室對砝碼檢定時，依據(jù)相應(yīng)的檢定規(guī)程，給出的數(shù)據(jù)為砝碼的折算質(zhì)量。真空中質(zhì)量與折算質(zhì)量的換算關(guān)系見公式（2）：

式（2）中，m為砝碼的真空中質(zhì)量，mc為砝碼的折算質(zhì)量。目前活塞式壓力計(jì)的專用砝碼材質(zhì)一般為不銹鋼或鋁，由于折算質(zhì)量和真空中質(zhì)量的差異對壓力量值的誤差分別為0.0004%和0.0294%[2]。所以需要根據(jù)使用情況，將公式（2）代入公式（1）中對其進(jìn)行修正和計(jì)算。
1.2使用地點(diǎn)重力加速度對壓力量值的影響
計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)在出具活塞式壓力計(jì)檢定證書時都會依據(jù)JJG59-2007附錄D，給出專用砝碼使用地點(diǎn)的重力加速度值，這也是專用砝碼理論計(jì)算值的依據(jù)。從附錄D可以看出，各地的重力加速度都不相同，所以同一組專用砝碼在不同地區(qū)使用時所得到的壓力量值也是不相同的。例如檢定證書中注明重力加速度值為9.7946m/s2（上海），如果將這臺設(shè)備移至長春使用，由于長春的重力加速度值為9.8048m/s2，從而引入的誤差為0.1%，超過了活塞式壓力計(jì)的最大允許誤差。對于同一地區(qū)，重力加速度的值也有不同。例如上海某實(shí)驗(yàn)室經(jīng)中國計(jì)量院現(xiàn)場實(shí)測后，附錄D中的參考值與實(shí)測值的誤差約為0.004%，這對于0.01級及以上的活塞式壓力計(jì)來說，將會引入相當(dāng)大的誤差。所以，建議技術(shù)人員根據(jù)活塞式壓力計(jì)準(zhǔn)確度等級及使用情況考慮是否需要聯(lián)系有資質(zhì)的技術(shù)機(jī)構(gòu)對重力加速度進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測。

1.3與被測設(shè)備的高度差對壓力量值的影響
活塞式壓力計(jì)在使用中，還需要考慮與被測設(shè)備的高度差對壓力量值的影響。不同結(jié)構(gòu)的活塞系統(tǒng)其參考位置不同，例如實(shí)心活塞的參考位置位于活塞的下端面（活塞處于工作位置后），一般生產(chǎn)廠家會在安裝活塞系統(tǒng)的外筒上標(biāo)示出參考位置。對于被測設(shè)備：電測試壓力計(jì)的參考位置一般為感壓元件的位置或廠家標(biāo)明的位置；指針式壓力表的參考位置一般為表盤指針軸處，如圖2所示：ΔH即為兩者參考位置的高度差?？梢允褂酶叨瓤ǔ邅韺Ω叨炔钸M(jìn)行測量。

由液位高度差引起的壓力值可按照公式（3）計(jì)算：

式（3）中，Δp為液位高度差引起的壓力值，Pa；ρ為工作介質(zhì)密度，kg/m3；g為使用地點(diǎn)重力加速度，m/s2；ΔH為壓力表指針軸平面與活塞式壓力計(jì)活塞下端面之間的高度差，m。以變壓器油為工作介質(zhì)為例，10mm液體高度差造成的壓力差值約為80Pa。則對于1MPa的壓力值，若忽略高度差，引入的誤差約為0.008%。當(dāng)工作介質(zhì)為氣體時，由于氣體的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，在測量中經(jīng)常會忽略氣體高度差的影響。但是由于氣體的可壓縮性，即氣體的密度與壓力成正比，計(jì)算時可以使用氣體狀態(tài)方程得出不同壓力下氣體的密度值，從而判斷是否應(yīng)對測量結(jié)果進(jìn)行高度修正。
1.4在高壓測量時，壓力變形對壓力量值的影響
在高壓測量時，壓力變形對活塞有效面積的影響是顯著的。JJG59-2007規(guī)程中規(guī)定，測量上限大于25MPa（包括25MPa）的活塞式壓力計(jì)，并用于測量壓力時，需要對壓力變形進(jìn)行修正。
對于kg砝碼，可以將活塞系統(tǒng)的變形系數(shù)代入公式（1）求得實(shí)際壓力值。例如材質(zhì)為碳化鎢、活塞有效面積名義值為0.05cm2的活塞系統(tǒng)，其變形系數(shù)的計(jì)算值約為7×10-7MPa-1，在25MPa壓力測量點(diǎn)，若忽略壓力變形的影響，引入的誤差約為0.002%。
對于MPa砝碼，需要根據(jù)JJG59-2007中公式（9）計(jì)算按照順序加載的每一塊專用砝碼質(zhì)量，當(dāng)用于壓力測量時，配套的專用砝碼必須按照順序放置使用。
1.5其他需注意的影響因素
活塞式壓力計(jì)在使用前還需對活塞系統(tǒng)進(jìn)行水平調(diào)整，否則易造成活塞桿在活塞筒內(nèi)不能正常旋轉(zhuǎn)，增加活塞桿與活塞筒的摩擦，從而影響測量結(jié)果甚至損壞活塞系統(tǒng)。JJG59-2007規(guī)程中表13規(guī)定了不同準(zhǔn)確度等級的活塞式壓力計(jì)的環(huán)境溫度條件，使用時環(huán)境溫度若超過了溫度允許范圍，則需通過測溫系統(tǒng)對活塞有效面積進(jìn)行溫度修正。
2結(jié)束語
目前，對于活塞式壓力計(jì)壓力量值影響量的測量還存在一些問題。

  一是對于活塞系統(tǒng)溫度的準(zhǔn)確測量，目前活塞系統(tǒng)的溫度值主要通過測量活塞筒外壁的溫度來估算，兩者還存在一定的差距。二是對于變形系數(shù)的計(jì)算，目前主要根據(jù)JJG59-2007規(guī)程附錄A中壓力變形系數(shù)的公式計(jì)算得到，使用該公式需要已知活塞及活塞筒的彈性模量和泊松比，對此檢定規(guī)程中也用列表的形式給出了常用活塞系統(tǒng)材質(zhì)的彈性模量和泊松比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是材料中如合金顆粒的粗細(xì)、微量元素的差異和熱處理不同都會影響其力學(xué)特性，導(dǎo)致理論計(jì)算的變形系數(shù)與實(shí)際值存在差異[4]。