活塞式压力计(以下简称压力计)的工作原理是基于作用在活塞下端面流体压力所形成的力与施加于活塞上端砝码所产生的重力相平衡的原理制成。

活塞式压力计为压力测量的基准仪器。活塞压力计系统包括垂直安装的活塞杆/活塞筒组件精确校准过的砝码(力值)直接加载在活塞杆(有效面积)上,活塞杆可以在活塞筒内自由的升降。所加载的砝码的重力与系统里的压力产生的向上的力相平衡。

压力=力/面积( P=F/S )

每个砝码上会标明与主机相同的型号以及其对应的具体压力值,实际产生的压力值为砝码压力值的总和加上活塞杆及其连接件的压力值。

系统首先从储液罐里往管路里充液,然后再通过微调丝杠进行压力的调节,因为液体基本是不可压缩的,所以很小的调节就可以使活塞顶起来,系统里的压力和所加的砝码实现平

衡。

系统中相同液位的压力是相同的,因此当系统平衡时(比如活塞和砝码能自由的旋转,并以正常的速度旋转和下降时),活塞和砝码产生的压力与被检器端的压力相等。

活塞杆/活塞筒之间有非常小的清洁的间隙,该间隙允许工作介质可以通过并起到润滑的目的,避免了金属面与金属面的直接接触。

在活塞压力计的正常使用过程中,系统中的工作液会从该间隙中极其缓慢渗漏出来,因此活塞组件的底部会有连接管将工作液积攒到一个小的圆环凹槽里。它用于收集渗漏出来的工作液。

重力加速度对活塞式压力计准确性的影响

活塞式压力计具有准确度高、性能稳定、操作简单等优点,在量值传递、精密测量、常规测量方面得到了广泛的推广和使用。

    活塞式压力计误差主要来源有两个:一个是活塞有效面积A;另一个是砝码质量m。由于各地重力加速度不同,对活塞式压力计的误差影响很大。在不同地区使用活塞式压力计要注意对砝码的质量按使用地点的重力加速度进行修正。

一、问题的提出

    在活塞有效面积检定中,其被检活塞式压力计有效面积计算中,重力加速度在等式两边约去。所以检定有效面积时,重力加速度的准确与否对其没有影响。

    活塞专用砝码质量是根据已经测得的活塞面积,计算压力对应的砝码质量。其计算公式为

      式中:m——专用砝码质量,kg;p——被测量压力值,Pa;A′——被检活塞的有效面积,m2;ρa——周围空气密度,kg/m3;ρm—专用砝码、活塞及其连杆材料密度,kg/m3;g——活塞式压力计使用地点的重力加速度,m/s2。

    重力加速度是其中一个重要的计算参数,其准确性直接影响活塞质量。

    从JJG59-2007《活塞式压力计》检定规程中可知,乌鲁木齐地区的平均重力加速度值为9.8015m/s2,而通过实际测量工作地点的纬度和海拔高度,以重力加速度计算公式进行计算,计算出的重力加速度值与JJG59-2007给出的重力加速度值相差很大。

    二、误差计算

    为了研究乌鲁木齐地区重力加速度值测定不准引入误差对活塞式压力计标准装置的影响,通过对自治区计量院压力检定室地理位置海拔高度、纬度实际测量的数据进行分析,计算重力加速度值,并探讨同一地区重力加速度测定不准对引入误差数值的影响。

    我院压力检定室的纬度是43.989°、海拔高度是730m。通过重力加速度计算公式,得

        式中:R——地球半径,等于6371×103m;h——测量地点的海拔高度;Φ——测量地点的纬度。

    经过计算,我院的重力加速度g=9.8035m/s2,而JJG59-2007中乌鲁木齐的重力加速度为9.8015m/s2,重力加速度误差将引起活塞砝码质量误差达到0.02%,而JJG59-2007中最低级别的0.05级活塞砝码质量的最大允许误差仅为±0.02%,0.02级和0.005级活塞的砝码质量要求更高。所以,JJG59-2007中给定的重力加速度不能满足高准确度的需求。

    重力加速度与海拔高度、纬度有直接的关系,经计算得知在我国所处的区域内,纬度相差1°的两地g值相差(0.0006~0.0009)m/s2。在同一纬度地区海拔每升高30m,g值减小约0.0001m/s2。g值每变化0.000lm/s2,引起活塞质量的误差大约为0.001%。所以为满足实际测量要求的需要,应当给定准确的使用地点的重力加速度值。

    三、实际使用中的问题

    2008年年初,我院建立了0.005级活塞式压力计标准装置。在建标过程中发现,JJG59-2007中的重力加速度不能满足需要,我们需要至少能准确到小数点后5位的重力加速度数值。而通过纬度和海拔计算得到的重力加速度与JJG59-2007中给定的重力加速度相差较大,在没有可靠计量手段的情况下,不能确定哪个更为准确。