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压力计校准检定过程中相关问题的探究

编辑:永利电玩城????来源:未知????发布时间:2019-06-01 13:49????浏览量:
0 引言
活塞式压力计以其较高的准确度成为压力计量领域使用最广泛的标准器。活塞式压力计由活塞系统、专用砝码以及校验器三个部分组成。其中活塞系统包括活塞、活塞筒组成的测压系统; 专用砝码是与活塞配套使用的砝码; 校验器包括压力泵、阀和连接管组成, 以及活塞平衡指示装置、温度测量装置等。本文主要从专用砝码、高度差的测量、直接平衡法和起始平衡法的比较、压力形变系数进行归纳总结。
 
1 活塞式压力计专用砝码质量的讨论
在天平上测量物体时, 若放上一个质量为 m、ms[1 - ( ρa /ρs) ] = m[1 - ( ρa /ρ) ] ( 1)式中: ms、m 分别为标准砝码和被测物体的真空质量值; ρs、ρ 分别为标准砝码和被测物体的密度。引入折算质量的概念, 使得式( 1) 中不再包含空气浮力项, 这时会引入一个很小的系统误差。折算质量值的定义为: 一物体在约定温度和约定密度的空气中, 与一约定密度的标准器达到平衡, 则标准器的质量即为该物体的折算质量。约定温度 tr为 20℃ ; 约定的空气密度 ρ0 为 1. 2kg /m3; 砝码折算质量的约定密度 ρr 为 8000kg /m3。物体的折算质量mc 与其真空中质量 m 的关系式为[1] :
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在文献[2] 中指出, 在实际工作中, 通常描述一个物体的质量时, 使用的是物体的折算质量。对于某些专用砝码, 当使用地点海拔达到一定的高度时, 就要用到物体的真空质量值, 需要把折算质量换算成真空质量[2] 。文献[3] 中, 在进行活塞式压力计专用砝码的计算和修正时, 务必分清所给出的砝码质量是折算质量还是真空质量, 以便对活塞式压力计所产生的压力进行准确的计算和修正[3] 。文献[4] 写到, 在砝码永利电玩城检定中, 有折算质量和真空质量两种表达方式, 折算质量与真空质量的差值, 受到空气密度的影响。对于气体活塞式压力计活塞杆及其连接件以及专用砝码的材质对真空中质量和折算质量的修正有影响[4] 。文献[5] 中给出了适用范围更广的活塞式压力计压力值与折算质量的函数关系式。在折算质量的测量时要看当地所处的海 拔 高 度 和 气 候 环 境。当 空 气 密 度 变 化 在1. 2kg /m3 的 10% 以外时, 对专用砝码的密度要求更加严格, 需要实测专用砝码的体积和密度, 以便进行空气浮力的修正[5] 。
 
2 活塞高度差的测量
在活塞式压力计流体高度差修正问题的讨论中, 为了便于测量, 活塞必须确定一个参考位置, 该位置由活塞的形状决定, 如活塞为圆柱体, 则可选择活塞的下端面为参考面[6, 7] 。在永利电玩城检定数字压力计影响测量结果因素的探讨中, 指出数字压力计永利电玩城检定和使用过程中所复现压力值的不确定度受到空气密度、测量地重力加速度、环境温度、工作介质高度差、安装倾斜程度等因素的影响不可忽视[8] 。数字压力计示值误差不确定度分析与评定中, 压力量值检定或校准时应使标准与被测数字压力计的参考端在同一水平面上, 应重视高度差修正[9] 。
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图 1 为几种典型活塞式压力计的活塞下端面示意图( X = 0 水平面处) , 活塞均处于平衡状态。( a)和( b) 为一般典型活塞结构,( c) 为下部具有限位装置的活塞典型结构, 限位装置Ⅰ和Ⅱ位于活塞杆的底部,Ⅲ为理论计算模拟出的部分, 且 VⅠ+ VⅡ = VⅢ, V 为体积。
 
如图 1( a) 、( b) 所示, 对于一般典型结构的活塞, 其活塞下端面可以直接测量。而对于图 1( c) 所示, 对于具有限位装置的活塞, 其活塞下端面的计算如下: 首先测量活塞下端面的高度值 Hp, 限位装置部分的高度为 H, 根据理论计算得到的限位部分高度修正值为:
 
3 直接平衡法和起始平衡法的分析和比较
用直接平衡法检定活塞有效面积中, 考虑了几种因素包括两活塞的高度差、活塞的压力形变、活塞系统的温度变化以及砝码的空气浮力[12] 。在活塞有效面积检定中直接平衡法与起始平衡法对比分析中, 指出高度差和砝码质量必须准确测量。起始平衡法需要注意: 在两活塞参数相同或准确度较低时使用; 需要测量环境温度, 避免出现波动过大;起始平衡点的复测很重要[13] 。在 500MPa 活塞式压力计有效面积测试实验中, 讨论了以下问题: 高压下活塞有效面积的测试问题; 活塞系统的压力形变系数; 磁通密度的讨论[14] 。对不同规格型号、不同测量范围的活塞式压力计进行分析。活塞式压力计有高度标识参考线, 直接平衡法测量得到的 Ap - p( 活塞有效面积 - 压力)线性度, 以及直接平衡法和起始平衡法测量结果的一致性较好。在低量程段两种方法的 Ap - p 曲线的一致性较差。分析原因: 1) 测量参考面位置误差较大, 特别在低量程各个压力点。需要标识活塞下端面的参考面位置, 以方便测量计算。2) 活塞系统的温 度 变 化 较 大, 需 要 准 确 测 量 活 塞 系 统 的温度[15, 16] 。
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4 压力形变系数
可控间隙活塞式压力计是为超高压活塞式压力计其较大的压力形变量而出现的。其尽可能通过实验测试数据的方法确定活塞式压力计的特性。我国也采用了基于可控间隙原理的国家压力标准器[17] 。在 1500MPa 可控间隙活塞式压力计研究中, 表征了失速压力 Pz 和工作外套压力 Pj, 套筒特性参数以及灵敏阈的测定。结果显示, 可控间隙活塞式压力计量程内的相对扩展不确定度为 0. 02% ,年稳定性优于 0. 01%[18] 。在可控间隙活塞式压力计检定的 HW 方法改进意见中, 对于 Pz 和 d 的测量准确度, 采用间接测量方法, 利用最小二乘法回归成多项式供使用时进行计算[19] 。在通过比对实验确定高压活塞式压力计的形变系数中, 通过可控间隙活塞式压力计与自由形变活塞式压力计的比对实验, 获得的形变系数与理论计算的结果分别相差23% 和 42% , 指出需要进一步实验研究, 完善压力形变系数的量传问题[20] 。在活塞压力形变系数的研究中, 可控间隙式活塞的参数通过流体实验获得, 进而确定简单活塞的压力形变系数。对于测量上限为 60MPa, 且活塞和活塞筒的材质均为碳化钨的活塞, 理论计算和测量结果的误差在 3 ~ 5 倍之间。需要关于砝码材质的研究, 碳化钨的掺杂比,泊松比和弹性模量的科学测量, 使得测量结果保持一致[21] 。
 
5 结论
在活塞式压力计永利电玩城检定过程中, 主要对活塞配套专用砝码的测量、高度差的测量、直接平衡法和起始平衡法的分析比较、压力形变系数共计四个方面进行讨论。对近几年公开发表的比较有代表性的论文进行归纳总结, 反映了对规程的更深一步的理解。

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