活塞式压力计检定和使用中相关问题探讨

杨小波

山西国家煤矿安全计量器具产品质量监督检验中心山西030032

摘要：作为一种比较理想的压力计量仪器，活塞式压力计具有非常明显的优点，包括使用便利、测量范围广、性能稳定性强、准确度高等。本文对活塞式压力计检定和使用中的相关问题进行了简要的探讨，并分析了活塞式压力计的检定造成影响的因素，希望能够保障活塞式压力计的检定和使用过程中的准确性。

关键词：活塞式压力计；使用；检定

引言

活塞式压力计在量值传递和压力计量中都具有显著的优势，在合理保管的情况下，活塞式压力计的使用寿命可以达到三十年，而且具有良好的稳定性。活塞式压力计的量值可以达到0.002%，具有较高的准确性。并且具有广泛的测量范围，其能够测量-0.1MPa至2500MPa的范围。2007年国家质量监督检验总局颁布并实施了JJG59-2007《活塞式压力计》检定规程，活塞式压力计的性能指标都有所提升。近几年来，国内外活塞式压力计型号较多，活塞的尺寸也千差万别，仅仅根据检定规程得到的活塞式压力计检定结果和实际情况有很大差异，这将直接影响到压力量值传递。

1.活塞式压力计的工作原理

活塞式压力计的工作理论基础是流体静力学和帕斯卡定律。在活塞面积确定的情况下，测量的压力和专用砝码、砝码托盘和活塞之间会产生相互平衡的力，这样就能对压力进行测量。

2.活塞式压力计的检定和使用

在活塞式压力计的检定过程中，活塞有效面积的检定是最为重要的一项，它还包括活塞有效面积的周期变化率、活塞转动的密封性、活塞的鉴别力、转动的下降速度和持续时间、活塞的垂直度、专用砝码的质量等[1]。

在活塞式压力计的检定和使用中，活塞的有效面积是最重要的检定项目。在活塞杆和活塞筒之间的流动介质的中立面面积就是所谓的活塞组件的有效面积。一般情况下活塞有效面积约为二分之一的活塞间隙面积和活塞杆面积。作为一个压力和温度函数，在计算活塞组件的有效面积时要对其进行换算，换算成20℃和零压力条件下的活塞组件有效面积。

在对活塞组件有效面积进行检定时，主要的检定方法就是在用一个检验器上安装标准活塞式压力计和被检活塞式压力计，也可以使用管路来连接标准活塞式压力计和被检活塞式压力计，并对活塞的垂直位置进行调整。比较和检定标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的面积。起始平衡法和直接平衡法是比较常用的检定方法，具有较好的检定效果。

2.1起始平衡法的使用

在使用起始平衡法之前，要先对起始平衡点进行确定，在活塞式压力计量范围上限的百分之十五左右选择起始平衡点的压力值。将相应数量的砝码放在被检活塞和标准活塞上，再对两个活塞进行加压，使其上升到工作位置，并进行旋转。如果被检活塞和标准活塞不能保持平衡，则可以加放砝码使其平衡。在两个活塞实现了起始平衡之后，其起始平衡的质量就是上面的所有砝码的质量。在完成起始平衡之后，就要对各点进行检定。注意在完成检定之后还要对其进行复测，误差不得超过小砝码质量的百分之十。这是由于在进行起始平衡点的建立时，就已经将平衡位置受到的介质表面张力和两活塞之间的高度差的影响考虑在内了。如果标准活塞压力计和被检活塞压力计具有同样的材料和形状，其受到的活塞组件变形的影响也基本相同，在计算时可以对其进行忽略，并约去空气浮力修正[2]。

2.2直接平衡法的使用

在使用直接平衡法之前，首先要对标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的活塞质量和连接件质量进行确认。其二，要将标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的平面高度差确定下来，进而就可以检定第一平衡点。分别向两个活塞式压力计上添加砝码，直至两个活塞式压力计处于平衡的工作位置。对被检活塞式压力计的有效面积的计算可以使用流体静力平衡法。并使用该方法检定其他的点。

在活塞杆和活塞筒之间的流动介质的中立面面积就是所谓的活塞组件的有效面积。活塞组件的有效面积约等于一半的活塞间隙面积和活塞杆面积。由于温度和压力会对活塞组件的有效面积造成直接的影响，因此要对有效面积进行换算，设定为20℃、零压力下的有效面积。

通过各检定点的个别值的平均数，可以对活塞组件的有效面积进行计算。在计算的过程中要注意对活塞组件的变形、液柱高度差、表面张力和空气浮力进行修正。活塞系统在压力的作用下会发生形变，对活塞组件的有效面积造成影响。因此要修正活塞有效面积的压力变形，将其修正到零压力下的水平。如果标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的活塞杆下端面的水平面不同，则要对其液柱高度差进行修正。活塞杆和活塞筒顶部的间隙之间的工作介质会受到表面张力的影响而发生收缩变形，沿着活塞杆轴的方向向下收缩。此时可以根据砝码质量和活塞式压力计的准确度等级来对表面张力进行修正。如果活塞压力计的介质为气体则无需考虑这一问题。对于不锈钢砝码而言，空气浮力也会对活塞组件的有效面积造成影响，因此必须对空气浮力进行修正[3]。

3.活塞式压力计检定过程中的注意事项

随着造压介质运动粘度的增大、活塞浸入活塞筒长度的增大以及活塞半径的增大，活塞式压力计的活塞转动持续时间也会不断的减小。其中活塞半径对塞式压力计的活塞转动持续时间的影响最大。与之相反，活塞筒和活塞之间的间隙增大、砝码和活塞对队轴心的转动惯量增大，活塞转动延续时间也会随之增大。如果活塞式压力计的测量下限较小、活塞浸入活塞筒体积相对较大、活塞较大，则在检定时不要忽略造压介质的表面张力值和浮力。这就需要保障连接件、活塞和专用砝码的质量，并及时进行修正，对活塞式压力计进行科学的检定。

4.结语

总而言之，直接平衡法和起始平衡法在活塞式压力计的检定中各有优缺点，直接平衡法的优点在于对有效面积的计算更为准确，能够适用于不同的活塞式压力计，其缺点在于有着过于复杂的计算过程。起始衡量法的优点在于使用便利、计算简单，其缺点在于准确度不高。因此要根据实际需要选择合适的检定方法，并合理分析检定过程中的各种因素，从而有效的取舍检定过程中的不同因素，使检定过程更加便利和高效，多和上级单位做一些比对，确保量值传递准确可靠。

参考文献：

[1]王山，赵平平，罗育东.基于LVDT测量原理的活塞式压力计活塞位置指示装置[J].科技风.2011（11）

[2]曹良宇，殷新华，朱文龙.液体活塞式压力计润滑油使用浅析[J].计测技术.2012（01）

[3]华海涛.对影响质量流量计精度的因素及修正的初步探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2011（08）