活塞式壓力計的詳細(xì)介紹

      活塞式壓力計是基于帕斯卡定律及流體靜力學(xué)平衡原理產(chǎn)生的一種高準(zhǔn)確度、高復(fù)現(xiàn)性和高可信度的標(biāo)準(zhǔn)壓力計量儀器 .

活塞式壓力計也常簡稱活塞壓力計或壓力計，也有稱之為壓力天平，主要用于計量室、實驗室以及生產(chǎn)或科學(xué)實驗環(huán)節(jié)作為壓力基準(zhǔn)器使用，也有將活塞式壓力計直接應(yīng)用于高可靠性監(jiān)測環(huán)節(jié)對當(dāng)?shù)仄渌鼉x表的表決監(jiān)測。

性能特點

*符合JJG59-2007 《活塞式壓力計》、 JJG99-2006 《砝碼》國家計量檢定規(guī)程，運用我廠 50 年核心技術(shù)推出的活塞式壓力計。

活塞和活塞筒采用高強(qiáng)度，高硬度和低溫度線脹系數(shù)的合金鋼、碳化鎢等材料制成，溫度膨脹系數(shù)小、變形量小，因而保證活塞有效面積周期變化率較小 從而保證活塞壓力計有*的靈敏度 。

活塞和活塞筒經(jīng)精工研磨，其圓度誤差和間隙極小 ，工作介質(zhì)采用低黏度的癸二酸脂，因而極大的提高活塞轉(zhuǎn)動延續(xù)時間，也就相應(yīng)減小活塞下降速度，提高活塞鑒別力。

出于檢定工作的需要，使活塞有效面積相對較小，因此砝碼總質(zhì)量相對較輕，節(jié)省勞動強(qiáng)度。

采用托盤直接加載，避免了附加垂直力，降低了砝碼重心， 相應(yīng)減小砝碼側(cè)向附加誤差。

使活塞轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)。

活塞工作位置采用位移傳感器監(jiān)測，具有靈敏、醒目、準(zhǔn)確的優(yōu)點。

砝碼已經(jīng)進(jìn)行壓力形變系數(shù)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊男拚?/span>

送檢時只需送檢活塞測量系統(tǒng)，體積小、重量輕。

活塞式壓力計

型 號：

YS-6 、 YS-60 、YS-250、 YS-600、YS-2.5 YS-1000

測量范圍：

0.04 ～ 0.6MPa ； 0.1～6 MPa ； 0.5～25 Mpa； 1～60 Mpa ；2-100MPa

準(zhǔn) 確 度：

0.005級（ ±0.005% ）；　0.02級（±0.02%） ；0.05級（±0.05% ）

活塞材料：

活塞桿：碳化鎢 (碳鋼)

活塞筒：碳化鎢 (碳鋼) 可供選擇

砝碼材料： 0.02% 不銹鋼 0.05% 碳鋼

工作介質(zhì)：

25MPa 以下為 變壓器油或變壓器油與煤油的混合油 20 ℃ 時運動粘度 9 ~ 12 厘池酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克。 25MPa 以上（含 25MPa ）為 癸二酸酯（癸二酸二異戊酯或癸二酸二異辛酯） 20 時運動粘度 20 ~ 25 厘池，酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克

參 數(shù) 單位 測量范圍

單位 0.04～0.6MPa 0.1～6MPa 0.5～25MPa 1～60MPa

標(biāo)稱上限 MPa 0.6 6 25 60 100

標(biāo)稱下限 MPa 0.04 0.1 0.5 1 2

測量上限 MPa 0.6 6 25 60 100

測量下限 MPa 0.04 0.1 0.5 1 2

活塞公稱面積 CM 1 0.5 0.2 0.1

底盤及活塞公稱質(zhì)量 Kg 0.4 0.5 1 1

產(chǎn)生的壓力 MPa 0.04 0.1 0.5 1

砝碼公稱質(zhì)量 Kg 0.1;0.5 0.5;2.5 1;2;5 1;2;5

產(chǎn)生的壓力 MPa 0.01;0.05 0.1;0.5 0.5;1;2.5 1;2;5

數(shù)量 個 6：10 4：11 2;1;9 2;1;11

接口 M20 × 1.5 M20×1.5 M20 × 1.5 M20×1.5

重量 Kg 35 60 80 90

工作介質(zhì) 變壓器油或變壓器油與煤油的混合油 20 ℃ 時運動粘度 9 ~ 12 厘池酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克 癸二酸酯（癸二酸二異戊酯或癸二酸二異辛酯）20 時運動粘度 20 ~ 25 厘池，酸值不大于 0.05毫克 KOH/ 克

操作步驟

1. 活塞系統(tǒng)的安裝

a. 旋出壓力計活塞限位螺釘（3個）。

b. 將工具插入活塞缸中，轉(zhuǎn)動工具，使工具突出部分進(jìn)入壓緊螺母槽中，然后逆時針旋轉(zhuǎn)，直至壓緊螺母與活塞缸座*脫離，這時可將工具上提，取下壓緊螺母。然后將工具另一端插入活塞缸座中，先轉(zhuǎn)動工具上有網(wǎng)紋的橫軸，使工具張大，套入堵頭，隨即旋緊橫軸，夾緊堵頭，將工具上提，取出堵頭。

c. 觀察活塞缸座中O型圈位置是否居中，若不居中，應(yīng)將其放置在居中位置。

d. 用潔凈汽油清洗活塞和活塞缸。

e. 用工具夾住活塞缸(注意，有器號一端向上)，輕輕地垂直放入活塞缸座中，再將壓緊螺母裝在工具上，垂直地放在活塞缸中，將工具順時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)確認(rèn)壓緊螺母螺紋與活塞缸座螺紋吻合后，可繼續(xù)轉(zhuǎn)動工具，直至壓緊螺母壓住活塞缸。

f. 關(guān)閉左側(cè)泄壓閥，再打開右側(cè)截止閥。

g. 將清潔的傳壓介質(zhì)倒入油杯中。

h. 一邊用預(yù)壓泵緩緩加壓，一邊觀察活塞缸中有無傳壓介質(zhì)溢出，當(dāng)有傳壓介質(zhì)溢出且不含氣泡時，可將活塞垂直輕輕地插入活塞缸中，然后打開左側(cè)泄壓閥使活塞下降至Z低位置，隨即關(guān)閉泄壓閥，旋緊三個限位螺釘，再打開右側(cè)截止閥，一邊用預(yù)壓泵緩緩加壓，一邊觀察左右側(cè)的兩個輸出接頭螺扣處有無油溢出且不含氣泡時，可接上被檢儀器

2. 壓力計的測量

a. 調(diào)節(jié)水平

活塞式壓力計 (2張)

用水平調(diào)節(jié)螺釘，使壓力計水平器氣泡處于中心位置。

b. 根據(jù)被檢儀器（表）的壓力值應(yīng)加上同樣壓力值的砝碼。

c. 將壓力計在規(guī)定的環(huán)境溫度下恒溫，一般為1-2小時。

d. 打開右側(cè)截止閥，再打開左側(cè)泄壓閥，用預(yù)壓泵排去內(nèi)腔空氣，隨即關(guān)閉左側(cè)泄壓閥。

e. 檢查活塞工作位置。

接通電源后，當(dāng)壓力計數(shù)字表顯示為零左右時，表示壓力計活塞已經(jīng)落到底（無壓力或

壓力過小），當(dāng)數(shù)字表顯示零以上3mm以下時，表示壓力計已經(jīng)正常工作，壓力值是準(zhǔn)

確的，如果超過3mm，則表示壓力過大。

f. 用預(yù)壓泵加壓。

在用預(yù)壓泵加壓時，當(dāng)手感內(nèi)腔已有壓力后，可一邊繼續(xù)加壓，一邊退出調(diào)壓器絲桿，Z長退出長度不得超過50mm，隨即關(guān)閉右側(cè)截止閥（注意：退調(diào)壓器時不要用力過猛，以免損壞絲桿）。

g. 在壓力計上加入與被測量壓力相應(yīng)的砝碼，先用雙手轉(zhuǎn)動砝碼使其轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速大約

為(30-60)r/min，再用調(diào)壓器加壓，使活塞上升。當(dāng)活塞工作位置指示器上指針達(dá)到零位

附近時讀數(shù)。

h. *點讀數(shù)后，應(yīng)先用調(diào)壓器降壓；使活塞下降至Z低位置，然后在壓力計上加放與

第二點測量相應(yīng)的砝碼值，再用調(diào)壓器加壓并讀數(shù)，直至正行程測量完畢。

i. 反行程測量時，仍需先用調(diào)壓器降壓。操作中避免用泄壓閥降壓，特別在高壓測量時，

此操作法很可能震斷活塞從而損壞壓力計。

j. 測量完畢，應(yīng)打開左側(cè)泄壓閥，將調(diào)壓器旋入，恢復(fù)原狀。取下被測量儀器，并在快速接頭處加放堵頭。

保養(yǎng)維護(hù)

1. 應(yīng)經(jīng)常保持壓力計清潔，壓力計不放在濕度過大的環(huán)境中，以免銹蝕。

2. 快速接頭和活塞缸下端O形圈較易損壞，若發(fā)現(xiàn)泄漏應(yīng)予以更換。

3. 油杯中液面應(yīng)經(jīng)常高于油杯過濾器罩子上端面，若一時疏忽，空氣將進(jìn)入預(yù)壓泵中，造成預(yù)壓泵失效。這時應(yīng)擰松預(yù)壓泵進(jìn)油接頭，使空氣隨液體流出而流出，當(dāng)液體呈連續(xù)流出時，即可擰緊接頭，恢復(fù)預(yù)壓泵功能。

年檢校準(zhǔn)

年檢校準(zhǔn)的基本要求校準(zhǔn)應(yīng)滿足的基本要求如下：

1)環(huán)境條件校準(zhǔn)如在檢定(校準(zhǔn))室進(jìn)行，則環(huán)境條件應(yīng)滿足實驗室要求的溫度、濕度等規(guī)定。校準(zhǔn)如在現(xiàn)場進(jìn)行，則環(huán)境條件以能滿足儀表現(xiàn)場使用的條件為準(zhǔn)。

2)儀器作為校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)儀器其誤差限應(yīng)是被校表誤差限的1/3~1/10。

3)人員校準(zhǔn)雖不同于檢定，但進(jìn)行校準(zhǔn)的人員也應(yīng)經(jīng)有效的考核，并取得相應(yīng)的合格證書，只有持證人員方呆出具校準(zhǔn)證書和校準(zhǔn)報告，也只有這種證書和報告才認(rèn)為是有效的。

校準(zhǔn)可以找地方計量所或者第三方校準(zhǔn)單位，如上海計量所，廣東計量所，蘇州計量校準(zhǔn)網(wǎng)等.... ，前提都必須得有國家辦法的CNAS計量資質(zhì) 。

影響

活塞式壓力計具有準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)點，在量值傳遞、精密測量、常規(guī)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(zhì)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(qū)使用活塞式壓力計要注意對砝碼的質(zhì)量按使用地點的重力加速度進(jìn)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(zhǔn)確與否對其沒有影響。

活塞砝碼質(zhì)量是根據(jù)已經(jīng)測得的活塞面積，計算壓力對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。其計算公式為

式中:m——砝碼質(zhì)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—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(shù)，其準(zhǔn)確性直接影響活塞質(zhì)量。

從JJG59-2007《活塞式壓力計》檢定規(guī)程中可知，烏魯木齊地區(qū)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(jìn)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(qū)重力加速度值測定不準(zhǔn)引入誤差對活塞式壓力計標(biāo)準(zhǔn)裝置的影響，通過對自治區(qū)計量院壓力檢定室地理位置海拔高度、緯度實際測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算重力加速度值，并探討同一地區(qū)重力加速度測定不準(zhǔn)對引入誤差數(shù)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(jīng)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(zhì)量誤差達(dá)到0.02%，而JJG59-2007中Z低級別的0.05級活塞砝碼質(zhì)量的Z大允許誤差僅為±0.02%，0.02級和0.005級活塞的砝碼質(zhì)量要求更高。所以，JJG59-2007中給定的重力加速度不能滿足高準(zhǔn)確度的需求。

重力加速度與海拔高度、緯度有直接的關(guān)系，經(jīng)計算得知在我國所處的區(qū)域內(nèi)，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(qū)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(zhì)量的誤差大約為0.001%。所以為滿足實際測量要求的需要，應(yīng)當(dāng)給定準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)裝置。在建標(biāo)過程中發(fā)現(xiàn)，JJG59-2007中的重力加速度不能滿足需要，我們需要至少能準(zhǔn)確到小數(shù)點后5位的重力加速度數(shù)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(zhǔn)確。

經(jīng)過查詢資料了解到，自治區(qū)地震局有重力加速度測量觀測站，并且進(jìn)行了長期的測量，有十分準(zhǔn)確的重力加速度數(shù)值。在與自治區(qū)地震局后獲得了重力加速度的相對數(shù)值。經(jīng)過與自治區(qū)地震局技術(shù)人員合作，將相對重力加速度轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的重力加速度值。其值為(9.80097±0.00001)m/s2，這個值的誤差引起的砝碼質(zhì)量誤差僅為0.0001%，完夠滿足實際需要。

通過數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，據(jù)海拔計算的重力加速度為9.8035m/s2，而JJG59-2007中烏魯木齊的重力加速度為9.8015m/s2，但實際觀測所得到的數(shù)據(jù)為9.80097m/s2。可見，通過海拔和緯度計算得到的重力加速度值誤差較大，無法滿足JJG59-2007的要求。

筆者在對各地活塞式壓力計檢定的過程中發(fā)現(xiàn)，重力加速度很容易被忽視。在對克拉瑪依油田公司的全自動井下壓力計檢定裝置檢定中，發(fā)現(xiàn)其壓力值始終有較大誤差，經(jīng)過仔細(xì)檢查，Z終發(fā)現(xiàn)其自動控制參數(shù)中的重力加速度竟然還是出廠值，與實際使用地的重力加速度誤差很大，經(jīng)過重新設(shè)置后誤差明顯縮小。

此后，在吐哈油田和澤普石油基地的自動壓力裝置檢定中也發(fā)現(xiàn)有類似的問題。很多活塞式壓力計的使用人員對機(jī)器的參數(shù)不了解，尤其是重力加速度由于使用地點不一樣，其數(shù)值變化較大，并且其準(zhǔn)確值的獲得也比較困難，往往被忽視。

四、建議及總結(jié)

由于自治區(qū)地域遼闊，緯度變化很大，從北邊的阿勒泰到南邊的和田，緯度相差10°。由于地形復(fù)雜，海拔高度從幾千米到海平面以下100多米，變化也很大，這就造成了自治區(qū)重力加速度值分布變化也很大。從鄯善到吐魯番，相距不過80公里，重力加速度就相差0.002m/s2。而吐哈油田井下測試公司的全自動活塞式壓力計的使用位置距離鄯善30公里的鄯善火車站，其重力加速度值在現(xiàn)有的資料上難以查詢，而通過緯度和海拔計算的值又難以滿足實際需要。目前，這些活塞的重力加速度值是憑借已有資料和經(jīng)驗修正得到的，其準(zhǔn)確性難以保證。

由于重力加速度在一個固定的地點其值變化量非常小，是非常穩(wěn)定的。因此，只需在使用活塞的地點進(jìn)行一次測量，就可以滿足以后的使用需要。

因此筆者建議，在進(jìn)行活塞式壓力計建標(biāo)時，就使用地點的重力加速度、經(jīng)緯度以及海拔高度進(jìn)行測量，并備案在裝置的檔案中。這樣能夠很好地提高活塞式壓力計的使用準(zhǔn)確度，提高量傳的準(zhǔn)確性。

另一方面，由于重力加速度在生產(chǎn)科研中的重要作用，作為自治區(qū)級計量單位，應(yīng)當(dāng)有一套測量重力加速度的裝置對各地重力加速度值進(jìn)行測量，以滿足各個行業(yè)對重力加速度值的使用需求。