活塞式壓力計(jì)的技術(shù)能力和設(shè)備更新的探討

李源

活塞式壓力計(jì)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)性和高可信度的精密壓力計(jì)量儀器。利用壓力作用在活塞上的力與砝碼重力相平衡的原理制成的壓力計(jì)稱為活塞式壓力計(jì)。它在壓力計(jì)量技術(shù)中占有相當(dāng)重要的地位?；钊綁毫τ?jì)具有準(zhǔn)確度等級(jí)高，測量范圍寬（-0.1-2500）MPa，計(jì)量性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便和不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。目前，以活塞式壓力計(jì)作為壓力計(jì)量基準(zhǔn)的國家都相繼建立了基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)；工作基準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)器；壓力表；傳感器等一整套傳遞系統(tǒng)，為了進(jìn)行國際間高精度壓力標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)，在國際壓力計(jì)量會(huì)議上提出要以氣動(dòng)活塞式壓力計(jì)作為液體壓力計(jì)的國際比對(duì)的轉(zhuǎn)換傳遞手段，可以說活塞式壓力計(jì)目前幾乎是獨(dú)一無二的基準(zhǔn)器和高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器。但活塞式壓力計(jì)本身存在著測力時(shí)加減砝碼，使測力點(diǎn)的壓力示值不能連續(xù)顯示，活塞與活塞筒之間存在間隙，在壓力作用下使工作液體發(fā)生泄漏，活塞桿底部在長期使用下由于材質(zhì)的關(guān)系會(huì)變黑、銹蝕和變形，處理困難，在一定程度上影響測量精度和使用壽命等不足之處，但它在檢定系統(tǒng)中的位置和作用，決定了它在多數(shù)場合被用作量值傳遞的基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器，所以應(yīng)用廣泛技術(shù)能力不容忽視。

隨著壓力計(jì)量技術(shù)的不斷更新，國家對(duì)活塞式壓力計(jì)的檢定規(guī)程做了較大的更改。2008年11月1日按照國家質(zhì)檢總局的要求，頒布了JJG59-2007活塞式壓力計(jì)檢定規(guī)程。各計(jì)量單位所使用的活塞壓力計(jì)在某種程度上已無法滿足新規(guī)程的要求。新規(guī)程賦予了活塞式壓力計(jì)新的生命。

設(shè)備更新后大大的改善以上提出的不足，特別是用碳化鎢做活塞和活塞筒的材質(zhì)：碳化鎢化學(xué)式WC。全稱為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導(dǎo)體。熔點(diǎn)2870℃， 沸點(diǎn)6000℃，相對(duì)密度 15.63（18℃）。碳化鎢不溶于水、鹽酸和硫酸，易溶于硝酸-氫氟酸的混合酸中?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。在碳化鎢中，碳原子嵌入鎢金屬晶格的間隙，并不破壞原有金屬的晶格，形成填隙固溶體，因此也稱填隙（或插入）化合物。碳化鎢可由鎢和碳的混合物高溫加熱制得，氫氣或烴類的存在能加速反應(yīng)的進(jìn)行。若用鎢的含氧化合物進(jìn)行制備，產(chǎn)品最終必須在1500℃進(jìn)行真空處理， 以除去碳氧化合物。把它作為活塞桿和活塞筒的材質(zhì)，比以前的合金鋼堅(jiān)硬100倍以上。溫度膨脹系數(shù)小、變形量小，因而保證了活塞有效面積周期變化率較小，從而保證活塞壓力計(jì)有極高的靈敏度?；钊突钊步?jīng)精工研磨，其圓度誤差和間隙極小，測量上限超過25MPa以上高壓活塞壓力計(jì)的工作介質(zhì)采用低黏度的癸二酸脂，因而極大的提高活塞轉(zhuǎn)動(dòng)延續(xù)時(shí)間，也就相應(yīng)減小活塞下降速度，提高活塞鑒別力.因而 用國際高壓比對(duì)時(shí)指定的癸二酸二（乙基已基）酯粘度為（20-25）mm2/s取代現(xiàn)在國產(chǎn)壓力計(jì)使用的傳壓介質(zhì)蓖麻油粘度為（900-1100）mm2/s為傳壓介質(zhì)，從而保證壓力計(jì)有極高的靈敏度。

那么更新后的活塞式壓力計(jì)的應(yīng)用如何呢？以我所使用的陜西創(chuàng)維YS系列0.05級(jí)活塞壓力計(jì)為例：

1.活塞轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)，減少附加誤差

6MPa以下采用托盤直接加載，6MPa以上的采用掛籃結(jié)構(gòu)，重心低，穩(wěn)定性極好。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(dòng)更平穩(wěn)，使用更方便。

2.臺(tái)面整潔美觀

機(jī)座采用鋁合金制造，質(zhì)輕堅(jiān)固美觀。6MPa以上工作介質(zhì)的改變，使用粘度較低的癸二酸二（乙基已基）酯，漏油的現(xiàn)象很少見，臺(tái)面容易清理，這是舊臺(tái)子達(dá)不到的地方。

3.活塞的工作位置用傳感器監(jiān)測取代了限止器，具有靈敏，醒目，準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然也有不足，個(gè)人覺得YS系列0.05級(jí)活塞壓力計(jì)更適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室和工作量較小的檢定單位使用：（1）雖然攜帶方便但下廠去的地方大多數(shù)是車間和鍋爐房，電源是一大問題。（2）儀表的接頭必須是干凈的，不然就連接不上，使用過的儀表大多是膠帶和油麻清理起來很費(fèi)事。（3）外殼公稱直徑超過?100mm儀表很難檢滿全量程的。（4）加壓采用手壓式，一下一下機(jī)械式的加壓，沒有原來手搖式的活塞省時(shí)。因此更新后的活塞在一定程度上解決了活塞滲漏、變形間隙過大的問題，其余的只有在工作上加以克服。更新后的活塞壓力計(jì)為我們今后的壓力檢定工作提供了保證。

再好再高精度的設(shè)備，如果使用維護(hù)不正確，也不能提供高準(zhǔn)確性、高復(fù)現(xiàn)性、高可信度的檢定結(jié)果。對(duì)新購置的活塞壓力計(jì)，在使用前要用高標(biāo)汽油對(duì)活塞系統(tǒng)、壓力泵、油杯、管路反復(fù)清洗后，再注入清潔的工作介質(zhì)。應(yīng)安置在便于操作、牢固無振動(dòng)的工作臺(tái)上，并用水準(zhǔn)器進(jìn)行調(diào)整，使承重盤平面處于水平位置，同時(shí)保證活塞桿的垂直度。使用活塞壓力計(jì)時(shí)，應(yīng)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼，活塞上加減砝碼時(shí)應(yīng)輕拿輕放，上下砝碼應(yīng)入槽中。應(yīng)經(jīng)常保持壓力計(jì)清潔，壓力計(jì)應(yīng)放在濕度不大的環(huán)境中，以免銹蝕。快速接頭和活塞缸下端O型圈較易損壞，若發(fā)現(xiàn)泄漏應(yīng)及時(shí)更換。對(duì)溫度環(huán)境的要求也很高，0.05級(jí)的活塞壓力計(jì)使用時(shí)要求溫度變化限制在（20±5）℃。油杯中液面應(yīng)經(jīng)常高于油杯過濾器罩子上端面，以免空氣進(jìn)入預(yù)壓泵中，造成預(yù)壓泵失效。

在實(shí)際工作中我的感悟是：高標(biāo)準(zhǔn)的檢定設(shè)備是做好檢定工作的基本條件，正確使用維護(hù)設(shè)備是保證檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的必備條件，設(shè)備更新是社會(huì)發(fā)展的趨勢，人類進(jìn)步的表現(xiàn)。應(yīng)該說更新后的活塞式壓力計(jì)使壓力計(jì)量又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，在壓力計(jì)量應(yīng)用上起到必不可少的作用。