活塞式压力计

    活塞式压力计也常简称活塞压力计或压力计，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器使用，也有将活塞式压力计直接应用于高可靠性监测环节对当地其它仪表的表决监测。

    完全符合JJG59-2007 《活塞式压力计》、 JJG99-2006 《砝码》国家计量检定规程，运用我厂 50 年核心技术推出的活塞式压力计。

    活塞和活塞筒采用高强度，高硬度和低温度线胀系数的合金钢、碳化钨等材料制成，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较小 从而保证活塞压力计有极高的灵敏度 。

    活塞和活塞筒经精工研磨，其圆度误差和间隙极小 ，工作介质采用低黏度的癸二酸脂，因而极大的提高活塞转动延续时间，也就相应减小活塞下降速度，提高活塞鉴别力。

    出于检定工作的需要，使活塞有效面积相对较小，因此砝码总质量相对较轻，节省劳动强度。

    采用托盘直接加载，避免了附加垂直力，降低了砝码重心， 相应减小砝码侧向附加误差。

    使活塞转动更平稳。

    活塞工作位置采用位移传感器监测，具有灵敏、醒目、准确的优点。

    砝码已经进行压力形变系数和当地重力加速度的修正。

    送检时只需送检活塞测量系统，体积小、重量轻。

    型 号：

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

    测量范围：

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

    准 确 度：

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

    活塞材料：

    活塞杆：碳化钨 (碳钢)

    活塞筒：碳化钨 (碳钢) 可供选择

    砝码材料： 0.02% 不锈钢 0.05% 碳钢

    工作介质：

    25MPa 以下为 变压器油或变压器油与煤油的混合油 20 ℃ 时运动粘度 9 ~ 12 厘池酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克。 25MPa 以上（含 25MPa ）为 癸二酸酯（癸二酸二异戊酯或癸二酸二异辛酯） 20 时运动粘度 20 ~ 25 厘池，酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克

    参 数 单位 测量范围

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

    标称上限 MPa 0.6 6 25 60 100

    标称下限 MPa 0.04 0.1 0.5 1 2

    测量上限 MPa 0.6 6 25 60 100

    测量下限 MPa 0.04 0.1 0.5 1 2

    活塞公称面积 CM 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;2;5 1;2;5

    产生的压力 MPa 0.01;0.05 0.1;0.5 0.5;1;2.5 1;2;5

    数量 个 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

    工作介质 变压器油或变压器油与煤油的混合油 20 ℃ 时运动粘度 9 ~ 12 厘池酸值不大于 0.05 毫克 KOH/ 克 癸二酸酯（癸二酸二异戊酯或癸二酸二异辛酯）20 时运动粘度 20 ~ 25 厘池，酸值不大于 0.05毫克 KOH/ 克

    活塞式压力计具有准确度高、性能稳定、操作简单等优点，在量值传递、精密测量、常规测量方面得到了广泛的推广和使用。

    活塞式压力计误差主要来源有两个:一个是活塞有效面积A；另一个是砝码质量m。由于各地重力加速度不同，对活塞式压力计的误差影响很大。在不同地区使用活塞式压力计要注意对砝码的质量按使用地点的重力加速度进行修正。

    一、问题的提出

    在活塞有效面积检定中，其被检活塞式压力计有效面积计算中，重力加速度在等式两边约去。所以检定有效面积时，重力加速度的准确与否对其没有影响。

    活塞专用砝码质量是根据已经测得的活塞面积，计算压力对应的砝码质量。其计算公式为

    式中:m——专用砝码质量，kg；p——被测量压力值，Pa；A′——被检活塞的有效面积，m2；ρa——周围空气密度，kg/m3；ρm—专用砝码、活塞及其连杆材料密度，kg/m3；g——活塞式压力计使用地点的重力加速度，m/s2。

    重力加速度是其中一个重要的计算参数，其准确性直接影响活塞质量。

    从JJG59-2007《活塞式压力计》检定规程中可知，乌鲁木齐地区的平均重力加速度值为9.8015m/s2，而通过实际测量工作地点的纬度和海拔高度，以重力加速度计算公式进行计算，计算出的重力加速度值与JJG59-2007给出的重力加速度值相差很大。

    二、误差计算

    为了研究乌鲁木齐地区重力加速度值测定不准引入误差对活塞式压力计标准装置的影响，通过对自治区计量院压力检定室地理位置海拔高度、纬度实际测量的数据进行分析，计算重力加速度值，并探讨同一地区重力加速度测定不准对引入误差数值的影响。

    我院压力检定室的纬度是43.989°、海拔高度是730m。通过重力加速度计算公式，得

    式中:R——地球半径，等于6371×103m；h——测量地点的海拔高度；Φ——测量地点的纬度。

    经过计算，我院的重力加速度g=9.8035m/s2，而JJG59-2007中乌鲁木齐的重力加速度为9.8015m/s2，重力加速度误差将引起活塞砝码质量误差达到0.02%，而JJG59-2007中级别的0.05级活塞砝码质量的允许误差仅为±0.02%，0.02级和0.005级活塞的砝码质量要求更高。所以，JJG59-2007中给定的重力加速度不能满足高准确度的需求。

    重力加速度与海拔高度、纬度有直接的关系，经计算得知在我国所处的区域内，纬度相差1°的两地g值相差(0.0006～0.0009)m/s2。在同一纬度地区海拔每升高30m，g值减小约0.0001m/s2。g值每变化0.000lm/s2，引起活塞质量的误差大约为0.001%。所以为满足实际测量要求的需要，应当给定准确的使用地点的重力加速度值。

    三、实际使用中的问题

    2008年年初，我院建立了0.005级活塞式压力计标准装置。在建标过程中发现，JJG59-2007中的重力加速度不能满足需要，我们需要至少能准确到小数点后5位的重力加速度数值。而通过纬度和海拔计算得到的重力加速度与JJG59-2007中给定的重力加速度相差较大，在没有可靠计量手段的情况下，不能确定哪个更为准确。

    经过查询资料了解到，自治区地震局有重力加速度测量观测站，并且进行了长期的测量，有十分准确的重力加速度数值。在与自治区地震局联系后获得了重力加速度的相对数值。经过与自治区地震局技术人员合作，将相对重力加速度转化为准确的重力加速度值。其值为(9.80097±0.00001)m/s2，这个值的误差引起的砝码质量误差仅为0.0001%，完全能够满足实际需要。

    通过数据比较发现，据海拔计算的重力加速度为9.8035m/s2，而JJG59-2007中乌鲁木齐的重力加速度为9.8015m/s2，但实际观测所得到的数据为9.80097m/s2。可见，通过海拔和纬度计算得到的重力加速度值误差较大，无法满足JJG59-2007的要求。

    笔者在对各地活塞式压力计检定的过程中发现，重力加速度很容易被忽视。在对克拉玛依油田公司的全自动井下压力计检定装置检定中，发现其压力值始终有较大误差，经过仔细检查，最终发现其自动控制参数中的重力加速度竟然还是出厂值，与实际使用地的重力加速度误差很大，经过重新设置后误差明显缩小。

    此后，在吐哈油田和泽普石油基地的自动压力装置检定中也发现有类似的问题。很多活塞式压力计的使用人员对机器的参数不了解，尤其是重力加速度由于使用地点不一样，其数值变化较大，并且其准确值的获得也比较困难，往往被忽视。

    四、建议及总结

    由于自治区地域辽阔，纬度变化很大，从北边的阿勒泰到南边的和田，纬度相差10°。由于地形复杂，海拔高度从几千米到海平面以下100多米，变化也很大，这就造成了自治区重力加速度值分布变化也很大。从鄯善到吐鲁番，相距不过80公里，重力加速度就相差0.002m/s2。而吐哈油田井下测试公司的全自动活塞式压力计的使用位置距离鄯善30公里的鄯善火车站，其重力加速度值在现有的资料上难以查询，而通过纬度和海拔计算的值又难以满足实际需要。目前，这些活塞的重力加速度值是凭借已有资料和经验修正得到的，其准确性难以保证。

    由于重力加速度在一个固定的地点其值变化量非常小，是非常稳定的。因此，只需在使用活塞的地点进行一次测量，就可以满足以后的使用需要。

    因此笔者建议，在进行活塞式压力计建标时，就使用地点的重力加速度、经纬度以及海拔高度进行测量，并备案在装置的档案中。这样能够很好地提高活塞式压力计的使用准确度，提高量传的准确性。

    另一方面，由于重力加速度在生产科研中的重要作用，作为自治区级计量单位，应当有一套测量重力加速度的装置对各地重力加速度值进行测量，以满足各个行业对重力加速度值的使用需求。

    年检校准的基本要求校准应满足的基本要求如下：

    1)环境条件校准如在检定(校准)室进行，则环境条件应满足实验室要求的温度、湿度等规定。校准如在现场进行，则环境条件以能满足仪表现场使用的条件为准。

    2)仪器作为校准用的标准仪器其误差限应是被校表误差限的1/3~1/10。

    3)人员校准虽不同于检定，但进行校准的人员也应经有效的考核，并取得相应的合格证书，只有持证人员方呆出具校准证书和校准报告，也只有这种证书和报告才认为是有效的。

    校准可以找地方计量所或者第三方校准单位，如上海计量所，广东计量所，苏州计量校准网等.... ，前提都必须得有国家办法的CNAS计量资质 。

    1. 应经常保持压力计清洁，压力计不放在湿度过大的环境中，以免锈蚀。

    2. 快速接头和活塞缸下端O形圈较易损坏，若发现泄漏应予以更换。

    3. 油杯中液面应经常高于油杯过滤器罩子上端面，若一时疏忽，空气将进入预压泵中，造成预压泵失效。这时应拧松预压泵进油接头，使空气随液体流出而流出，当液体呈连续流出时，即可拧紧接头，恢复预压泵功能。

    1. 活塞系统的安装

    a. 旋出压力计活塞限位螺钉（3个）。

    b. 将专用工具插入活塞缸中，转动工具，使工具突出部分进入压紧螺母槽中，然后逆时针旋转，直至压紧螺母与活塞缸座完全脱离，这时可将专用工具上提，取下压紧螺母。然后将专用工具另一端插入活塞缸座中，先转动工具上有网纹的横轴，使工具张大，套入堵头，随即旋紧横轴，夹紧堵头，将工具上提，取出堵头。

    c. 观察活塞缸座中O型圈位置是否居中，若不居中，应将其放置在居中位置。

    d. 用洁净汽油清洗活塞和活塞缸。

    e. 用专用工具夹住活塞缸(注意，有器号一端向上)，轻轻地垂直放入活塞缸座中，再将压紧螺母装在工具上，垂直地放在活塞缸中，将工具顺时针旋转，当确认压紧螺母螺纹与活塞缸座螺纹吻合后，可继续转动工具，直至压紧螺母压住活塞缸。

    f. 关闭左侧泄压阀，再打开右侧截止阀。

    g. 将清洁的传压介质倒入油杯中。

    h. 一边用预压泵缓缓加压，一边观察活塞缸中有无传压介质溢出，当有传压介质溢出且不含气泡时，可将活塞垂直轻轻地插入活塞缸中，然后打开左侧泄压阀使活塞下降至位置，随即关闭泄压阀，旋紧三个限位螺钉，再打开右侧截止阀，一边用预压泵缓缓加压，一边观察左右侧的两个输出接头螺扣处有无油溢出且不含气泡时，可接上被检仪器

    2. 压力计的测量

    a. 调节水平

    用水平调节螺钉，使压力计水平器气泡处于中心位置。

    b. 根据被检仪器（表）的压力值应加上同样压力值的砝码。

    c. 将压力计在规定的环境温度下恒温，一般为1-2小时。

    d. 打开右侧截止阀，再打开左侧泄压阀，用预压泵排去内腔空气，随即关闭左侧泄压阀。

    e. 检查活塞工作位置。

    接通电源后，当压力计数字表显示为零左右时，表示压力计活塞已经落到底（无压力或

    压力过小），当数字表显示零以上3mm以下时，表示压力计已经正常工作，压力值是准

    确的，如果超过3mm，则表示压力过大。

    f. 用预压泵加压。

    在用预压泵加压时，当手感内腔已有压力后，可一边继续加压，一边退出调压器丝杆，最长退出长度不得超过50mm，随即关闭右侧截止阀（注意：退调压器时不要用力过猛，以免损坏丝杆）。

    g. 在压力计上加入与被测量压力相应的砝码，先用双手转动砝码使其转动，转速大约

    为(30-60)r/min，再用调压器加压，使活塞上升。当活塞工作位置指示器上指针达到零位

    附近时读数。

    h. 点读数后，应先用调压器降压；使活塞下降至位置，然后在压力计上加放与

    第二点测量相应的砝码值，再用调压器加压并读数，直至正行程测量完毕。

    i. 反行程测量时，仍需先用调压器降压。操作中避免用泄压阀降压，特别在高压测量时，

    此操作法很可能震断活塞从而损坏压力计。

    j. 测量完毕，应打开左侧泄压阀，将调压器旋入，恢复原状。取下被测量仪器，并在快速接头处加放堵头。