一種校準(zhǔn)活塞壓力計(jì)的新方法-標(biāo)準(zhǔn)砝碼壓力值校準(zhǔn)（三）

3、使用質(zhì)量級(jí)砝碼量傳壓力值

本實(shí)驗(yàn)使用的雙量程活塞壓力計(jì)為美國(guó)Pressure-ments公司生產(chǎn)的，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.01級(jí)，壓力范圍為（0.1~3.5）/（2~70）MPa，標(biāo)稱面積為0.8cm²/0.04cm²。由于某種原因更換了2~70MPa量程的活塞組件，壓力底座、（0.1~3.5）MPa活塞組件及配套砝碼未更換。砝碼為壓力級(jí)標(biāo)識(shí)，活塞有效面積發(fā)生變化導(dǎo)致砝碼壓力值并不是整數(shù)值。需要尋找一種途徑使得可以繼續(xù)使用整套砝碼，而不影響其量傳的準(zhǔn)確度。運(yùn)用理論分析，通過(guò)公式計(jì)算得出砝碼對(duì)應(yīng)的壓力值，給出整數(shù)壓力值對(duì)應(yīng)的修正值。

使用帶溫度修正的起始平衡法對(duì)Pressurements生產(chǎn)的量程為（2~70）MPa的活塞式壓力計(jì)進(jìn)行檢定，測(cè)得其參考溫度（20℃）下零壓有效面積為A_o=0.0403013cm²。由JJG59-2007活塞壓力計(jì)檢定規(guī)程計(jì)算得到標(biāo)稱砝碼對(duì)應(yīng)的名義質(zhì)量值：

式中：Σm_i為砝碼、活塞及連接件的質(zhì)量總和，A_o為零壓有效面積，p_i為對(duì)應(yīng)的壓力值，ρ_a為大氣密度，ρ_m為砝碼密度，λ為壓力形變系數(shù)。實(shí)際砝碼質(zhì)量m_i^′對(duì)應(yīng)的壓力值為：

式中：V為活塞桿浸人液體中的體積，-V（ρ_f-ρ_a）g為浮力修正項(xiàng)，γc為表面張力值。在《The Pressure Balance:Theory and Practice》一書(shū)中，Dadson等人研究了幾種典型結(jié)構(gòu)的活塞組件其液體浮力和高度差修正^[4]。活塞組件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

如圖2可見(jiàn)，活塞桿的真實(shí)作用面（最低端）處于作用面（x=0）下方H處。設(shè)x=0處的壓力值為P_o，最低端的壓力值為p₁，則p₁=p_o+（ρ_f -ρ_a）gH。又p=W/S，S為活塞有效面積，可得到W。=W₁-（ρ_f -ρ_a）gSH=W₁-V（ρ_f-ρ_a）g，再加上表面張力修正，即可得到真實(shí)的壓力值公式。出廠證書(shū)見(jiàn)表1，計(jì)算的參數(shù)見(jiàn)表2，其中名義質(zhì)量和實(shí)測(cè)壓力值由公式（1）和（2）得到，浮力修正值來(lái)源于pres-surements 活塞出廠證書(shū)。

表2中質(zhì)量均為真空質(zhì)量，其與折算質(zhì)量的關(guān)系為：

為了驗(yàn)證結(jié)果我們采用比對(duì)實(shí)驗(yàn)，由0.005級(jí)量程范圍為2~160MPa的DH·Budenberg（DHB）活塞壓力計(jì)對(duì)同一壓力模塊進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)得數(shù)據(jù)和Pressurements活塞進(jìn)行比對(duì)。其比對(duì)結(jié)果如表3所示，其中表3中的修正值由表2中的實(shí)測(cè)壓力值得到。

采用的參考標(biāo)準(zhǔn)為FLUKE壓力模塊，量程為0~70MPa，從零點(diǎn)開(kāi)始每隔10MPa遞變做上下行程的測(cè)量。表格中的數(shù)據(jù)為上下行程的平均值，結(jié)果按數(shù)據(jù)修約處理。

比對(duì)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)Pressurements活塞修正后的壓力模塊示值與DHB活塞壓力計(jì)測(cè)得的數(shù)值相對(duì)誤差較小，在萬(wàn)分之一以內(nèi)。由此可以證明，本文采用質(zhì)量級(jí)砝碼進(jìn)行壓力值量傳是準(zhǔn)確可靠的。當(dāng)專用砝碼無(wú)調(diào)整腔時(shí)，或者客戶需要砝碼準(zhǔn)確壓力值時(shí)，都可以采用本文的方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到砝碼對(duì)應(yīng)的壓力值。本文找到一種活塞壓力計(jì)校準(zhǔn)的新方法，對(duì)現(xiàn)行有效的規(guī)程是一個(gè)有力的補(bǔ)充，同時(shí)可以保證壓力值量傳的準(zhǔn)確可靠。

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析比較活塞壓力計(jì)檢定使用的直接平衡法和起始平衡法的適用范圍，指出在油介質(zhì)活塞壓力計(jì)的檢定中使用起始平衡法是合適的。同時(shí)通過(guò)理論分析和公式推導(dǎo)，得出了一種使用質(zhì)量級(jí)砝碼量傳壓力值的方法。在滿足現(xiàn)有規(guī)程的條件下，給出砝碼對(duì)應(yīng)的壓力值而不是質(zhì)量值，特別適用于無(wú)調(diào)整腔的砝碼。實(shí)驗(yàn)證明，這種方法是可行的，可以使壓力量傳誤差控制在允許范圍以內(nèi)。