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0.02级活塞式压力计测量?

文章出处:人气:0发表时间:2019-8-2 16:32:20

活塞式压力计作为一种高效测压仪器,具有稳定性高,成本和维护费低等特点,主要用于计量检测机构、校准实验室以及生产或科学实验环节作为压力标准器。 

  1 概述 

  活塞式压力计是基于流体静力学平衡原理、帕斯卡定律测量压力的高精度压力测量仪器设备。主要由活塞组件、专用砝码和加载造压装置等组成。加放于活塞承重盘上的砝码及活塞本体的重力,作用在活塞筒内可以垂直升降、自由转动的活塞杆上,产生的压力与被测压力相平衡,就能精确测量被测压力。因工作介质不同(可为气体或液体),还可以有很宽的压力测量范围,广泛应用于小压力、中压力、高压力、甚至超高压力的测量。 

  2 不确定度评定 

  2.1 测量方法 

  将活塞式压力计与标准活塞式安装在校验器上,调节好活塞系统水平及其垂直度,根据流体静力学平衡原理及帕斯卡定律,用直接测量法进行压力测量,从而测得被检压力值。 

  2.2 数学模型: 

  式中:F-活塞及所加砝码在重力场中产生的力 

  A-活塞有效面积; 

  式中:m-专用砝码质量;g-重力加速度;-空气密度;-砝码密度;-流体的表面张力系数;C-活塞的周长;-活塞杆和活塞筒之间的摩擦力,表现为活塞的灵敏阈;-活塞组件在零压和20℃下的有效面积;、-活塞杆和活塞筒的线性膨胀系数;t-活塞组件温度;P-工作压力; 

  实际使用活塞式压力计精密测量压力时,还须考虑其它因素的影响量。如压力测量取压点至活塞下端面的距离h引入的液(气)柱差修正项,当测量点高出活塞低端时h为负,反之为正,为测压介质密度;测量绝压时,还须引入真空罩中参考真空(当测量表压时为零),故要求较高的情况下活塞式压力计测量压力表达式如下式: (5) 

  2.3 不确定度的来源 

  2.3.1 专用砝码质量引入的不确定度分量; 

  2.3.2 重力加速度引入的不确定度分量; 

  2.3.3 空气密度引入的不确定度分量; 

  2.3.4 标准器引入的不确定度分量; 

  2.3.5 活塞组件温度引入的不确定度分量; 

  2.3.6 活塞轴线与重力方向的夹角引入的不确定度分量; 

  2.3.7 压力形变系数引入的不确定度分量; 

  2.3.8 液柱差测量误差引入的不确定度分量; 

  2.4 测量不确定度评定 

  以量程为(0~0.6)MPa活塞式压力计为例,各输入量及灵敏系数见表1: 

  2.4.1 专用砝码质量引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计专用砝码质量的最大允许误差为±0.008%,服从均匀分布,则不确定度为 

  2.4.2 重力加速度引入的不确定度 

  重力加速度可以通过直接测量得到,南京重力加速度为9.7949m/s2,重力加速度最大允许误差为0.00005m/s2,服从均匀分布,则: 

  由压力对重力加速度的灵敏系数为:0.1s2/m,可得重力加速度引入不确定度为: 

  2.4.3 空气密度引入的不确定度 

  对于低海拔地区,空气密度取1.2kg/m3,一般空气密度变化在,服从均匀分布,则空气密度不确定度为: 

  压力对空气密度的灵敏系数为: 

  则由空气密度引入的不确定度为: 

  2.4.4 标准器引入的不确定度 

  由活塞式压力计检定规程可知,0.02级标准活塞式压力计有效面积最大允许误差可认为是正态分布则: 

  压力对有效面积的灵敏系数为: 

  2.4.5 活塞组件温度引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计活塞温度变化范围为1℃,服从均匀分布,则温度t的不确定度为: 

  碳化钨线性温度膨胀系数为,活塞与活塞筒材料均为碳化钨,则压力对温度的灵敏系数为,则活塞组件温度引入的不确定度为: 

  2.4.6 活塞轴线与重力方向的夹角引入的不确定度 

  依据规程,0.02级活塞式压力计活塞轴线偏离垂直方向角度应小于2分,服从均匀分布,则不确定度为: 

  压力对活塞轴线偏离垂直方向夹角灵敏系数为:。 

  则活塞轴线与重力方向的夹角θ引入的不确定度为: 

  2.4.7 压力形变系数引入的不确定度 

  碳化钨活塞压力形变系数为,服从均匀分布,则不确定度为。 

  活塞压力计测量上限为0.6MPa,则由压力形变系数引入的不确定度为: 

  2.4.8 液柱差引入的不?_定度 

  液柱差的影响以小量程液体活塞压力计最为明显,测量上限为0.6MPa活塞式压力计一般确定活塞位置差不确定度可达2mm,服从均匀分布,则不确定度为: 

  由0.6MPa活塞式压力计工作压力下限不大于0.04MPa,压力对液柱差的灵敏系数为:。 

  则由液柱差引入的不确定度为 

  2.5 标准不确定度一览表 

  2.6 合成标准不确定度 

  以上各分量互不相关,在不确定度合成中贡献小于1/10,忽略不计,则: 

  (22) 

  2.7 扩展不确定度评定 

  取包含因子k=2,则扩展不确定度为 

  结论 

  0.02级活塞式压力计一般作为区域计量单位的最高标准,起着量值溯源和传递的作用。其不确定度评定过程较为复杂,不确定度来源需考虑齐全,计算时应注意量纲、单位制的统一,以保证评定数据准确可靠。对于其它量程0.02级活塞式活塞式压力计的不确定度评定可参考本方法。 







活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理产生的一种高精度、高复现行和高可信度的标准压力计量仪器。活塞式压力计也常简称压力计,也有称之为压力天平,主要用于计量室、实验室以及生产或科学实验环节作为压力基准仪器使用,也有将活塞式压力计直接用于高可靠性监测环节对当地其它仪表的表决监测。

 1、性能特点


  活塞和活塞筒采用高强度,高硬度和低温度线鹏系数的合金钢等材料制成,温度膨胀系数小、变形量小,因而保证活塞有效面积周期变化率小。

 2、主要技术参数


  型号:YS- 600

  是否符合新规程:是

  测量范围:1~60MPa

  准确度:0.02级(±0.02%) 0.05级(±0.05%)

  功能:量传活塞式压力计、检定数字压力计、精密压力表、压力传送器等。

  活塞材质:活塞杆:碳钢

  砝码材质:不锈钢,碳钢

  工作介质:癸二酸二异辛酯。 

 3、用途


  0.05/0.02级活塞式压力计(以下简称压力计)用于检定0.2级活塞式压力计及精密压力表。

 4、工作原理及基本结构


  工作原理:基于活塞本身重量和加在活塞上的专用砝码重量,作用在活塞面积上所产生的压力与液压容器内产生的压力相平衡。

  基本结构:压力计系由检验泵和测量系统两部分组成(见图)。

  检验泵部分包括手摇泵⑾、油杯⑼及两个阀⑹和⑺。在阀⑹和⑺上装有两端锁母,用以连接被检验的精密压力表。测量系统主要由一个经过精密研磨后具有精确截面的活塞,活塞直接承受底盘上的砝码重量。

YS-600活塞式压力计的基本结构

YS-600活塞式压力计的内部结构

  1. 砝码 2.指示板 3.底座 4.调整螺钉 5.连接管部件 6.7.8.阀 9.油杯 10.水平仪 11.手摇泵 12.手轮 13.测量系统

 5、技术数据



精确度等级 基本误差限

压力值在测量上限值的10%以下时 压力值在测量上限值的10%到100%时

0.05/0.02 测量上限值10%的±0.05%/0.02 实际测量压力值的±0.05%/0.02

 

  YS-600活塞式压力计的承重杆(包括活塞头部)侵入工作液体中浮力为5.9g。

参数 单位 压力值

0.6MPa 6MPa 25MPa 60MPa

测量上限 MPa 0.6 6 25 60

测量下限 MPa 0.04 0.1 0.5 1

活塞公称面积 cm2 1 0.5 0.2 0.1


底盘及活塞 公称

质量 kg 0.4 0.5 1 1

产生的压力 MPa 0.04 0.1 0.5 1


专用

砝码 公称

质量 kg 0.1;0.5 0.5;2.5 1;5 1;5

产生的压力 MPa 0.01;0.05 0.1;0.5 0.5;2.5 1;5

数量 6;10 4;11 4;9 4;11

两端锁母 M20×1.5 M20×1.5 M20×1.5 M20×1.5

重量 kg 35 65 85 95

工作液体 变压器油或变压器油与煤油的混合油20℃时运动粘度9~12m2/s,酸值不大于0.05毫安KOH/克

癸二酸(2-乙基己基)酯20℃时运动粘度20-25m2/s,酸值不大于0.05毫克KOH/克

 

 6、验收与保管


  1)用户收到装箱压力计时,应先检查压力计箱是否完整;如有损伤,应立即查明原因。

  2)开箱后拆除衬垫物,检查压力计外观是否完好,说明书、合格证是否齐全,如有缺损,应立即通知我厂。

  3)压力计应储藏在室内,其环境温度应为+5~35℃。相对湿度不大于80%;周围空气不应含有腐蚀压力计的有害杂质。

 7、安装与使用


  1)压力计应放在便于操作的工作台上,利用调整螺钉⑷来校准水平,必须使气泡水平仪的气泡位于中间位置。

  2)压力计的工作环境温度为20±5℃,周围空气不得含有腐蚀性气体。

  3)砝码应放在干燥地点。

  4)使用前,首先用汽油清洗压力计各部分,然后再手摇泵和测量系统得内腔注满传压介质(传压介质不允许混有杂质和污物),并将内腔中的空气排除。

  5)旋转手摇泵手轮,检查油路是否畅通:若无问题,即可装上被检精密压力表。

  6)操作步骤:

  ⑴打开油杯⑼,左旋手轮,使手摇泵的汽缸充满油液。

  ⑵关闭油杯⑼,打开⑹、⑺、⑻三个阀,右旋手轮,产生初压,使底盘升起,到与指示板的上端相齐为止。见图(型号YS-6到活塞杆上的刻线与红漆线相重合为止。)

  ⑶增加砝码重量,使之产生压力所需之检验压力。增加砝码时,应不断转动手轮,以免底盘下降;操作时,必须是底盘及砝码以不小于30转/分的初角速度按顺时针方向旋转,借以克服摩擦阻力的影响。

  ⑷检查完毕,左旋手轮,逐步卸去砝码;后打开油杯,卸去全部砝码。

  7)出厂的砝码,底盘及活塞的实际质量系按标准重力加速度计算的。但压力计使用地点的重力加速度与标准重力加速度相差超过0.0005米/秒2时,则重量应予以修正,方能使用。YS-600修正后质量按下式计算:

                      式中:

  m--专用砝码,底盘及活塞的重量(kg);

  p--测量的压力值(Pa);

  S--活塞有效面积(m2);

  g--工厂制造时为标准重力加速度(9.80665 m/s2);当在使用地点进行维修时,为当地重力加速度(m/s2)

  pb--空气密度(1.2 kg/m3);

  pc--专用砝码,底盘及活塞的材料密度(钢为7.8×103 kg/m3,铝为2.7×103 kg/m3);

  pj--相当于压力测量上限值50%的压力(Pa);

  β--变形系数(Pa-1),β=2.8×10-12(Pa-1)。

  8)当0.05级压力计的使用环境温度,超出20±5℃,应按下式进行压力修正:

  △P=(a1+a2)(20-t) 

      式中:

  P—所测压力(Pa);

  a1、a2 --活塞杆和活塞筒材料的线膨胀系数(铜为0.0000167,钢为0.0000105);

  t—环境温度(℃)

  9)压力计的使用,其活塞杆、活塞筒、底盘和砝码等,必须根据压力计的同一出厂编号,配套使用,不能互换。

 8、维护与修理


  1.压力计出活塞杆和活塞筒是精密零件,不得轻易拆卸外,其他各部分应定期清洗。清洗及安装时都必须谨慎小心,防止脏物或檫布纤维混入。

  2.油液必须过滤,不许混有杂质或脏物;经使用一定时间后,必须更换新油。

  3.不用时必须盖上防尘罩,以免尘埃进入压力计内。

  4.每使用一年,必须送计量机关重新检定。



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