簡(jiǎn)述液體活塞式壓力計(jì)與氣體活塞式壓力計(jì)的區(qū)別與應(yīng)用

(廣西壯族自治區(qū)計(jì)量檢測(cè)研究院 廣西 南寧 530007)

氣體活塞式壓力計(jì)與液體活塞式壓力計(jì)的工作原理基本一致，都是復(fù)現(xiàn)壓力基本公式P=F/S，即單位面積上的力所產(chǎn)生的壓力。其主要參數(shù)均相同： 有效面積、下降速度、延續(xù)時(shí)間、靈敏閾、形變系數(shù)、溫度系數(shù)。

一、液體活塞式壓力計(jì)的發(fā)展

活塞式壓力計(jì)是復(fù)現(xiàn)壓力的一種標(biāo)準(zhǔn)器，在上世紀(jì)50年代，國(guó)內(nèi)開(kāi)始建立第一套活塞基準(zhǔn)，但限于當(dāng)時(shí)的材料品種、加工精度等技術(shù)的限制，無(wú)法高精度加工活塞、活塞筒等關(guān)鍵部件，使當(dāng)時(shí)的活塞選取形變較大的碳鋼為材質(zhì)，活塞與活塞筒的間隙較大(在10～20)μm，為了避免在使用中活塞下降太快而無(wú)法平衡的狀況，選取液體為工作介質(zhì)和傳壓介質(zhì)(混合油)，加長(zhǎng)活塞的接觸面積，從而達(dá)到活塞的工作時(shí)能達(dá)到平衡狀態(tài)。但在高壓，大于25MPa時(shí)，混合油的粘度都無(wú)法保證活塞的下降速度，故選取粘度更高的蓖麻油為工作介質(zhì)。雖然解決了活塞下降的問(wèn)題，但活塞自由轉(zhuǎn)動(dòng)的延續(xù)時(shí)間縮短，靈敏閾大幅降低。

二、氣體活塞式壓力計(jì)的發(fā)展

在本世紀(jì)初，因國(guó)內(nèi)的加工水平有大幅度提升，彈性模量小、線膨脹系數(shù)小的合金材料或陶瓷均能批量生產(chǎn)，所以目前的活塞系統(tǒng)一般都選取硬度更高、低溫度線膨脹系數(shù)的碳化鎢為材料，以高精度的加工為基礎(chǔ)，可以更好的控制活塞的行為公差：如直線度、圓度、光潔度等幾何量指標(biāo)。從而使活塞與活塞筒的間隙非常小，可控制在(3～5)μm，可以用潔凈的氣體(高純氮)為工作介質(zhì)，同時(shí)提高了活塞所有參數(shù)的指標(biāo)。氣體活塞式壓力計(jì)的應(yīng)用，擴(kuò)展了活塞的測(cè)量范圍，使原來(lái)油活塞的40kPa測(cè)量下限拓展到下限1kPa，可以進(jìn)行微壓測(cè)量。其測(cè)量下限比液體活塞更低，鑒別力更小。但由于活塞與活塞筒的間隙較小，許些和油污和微小的粉塵顆粒也會(huì)對(duì)活塞的轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，會(huì)造成活塞轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間變短。通常雜質(zhì)進(jìn)入活塞系統(tǒng)后，活塞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速較低時(shí)突然停轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。使用碳化鎢為材料，還可以確?；钊哂心湍?、不銹、活塞面積年變化率小、使用壽命更長(zhǎng)等特點(diǎn)。

三、氣體活塞式壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

使用潔凈氣體作為工作介質(zhì)，可以避免原油介質(zhì)對(duì)被檢的污染。避免用油檢定禁油計(jì)量器具后的清洗工作。

當(dāng)氣體為工作介質(zhì)時(shí)，大大減小了高度差帶來(lái)的誤差修正?；旌嫌偷拿芏龋?80kg/m3，氣體密度：1.2 kg/m3。按公式P=ρgh，在10cm的高度差下，液體為工作介質(zhì)的壓力差為760Pa；而氣體介質(zhì)的壓力差只有1.2Pa，在絕大多數(shù)場(chǎng)合都可以忽略不計(jì)。

當(dāng)使用氣體為工作介質(zhì)時(shí)，還減少了因材料表面張力帶來(lái)的影響，提高靈敏閾。而且，活塞自由轉(zhuǎn)動(dòng)延續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，輸出的壓力更穩(wěn)定與準(zhǔn)確。

當(dāng)用氣體為工作介質(zhì)時(shí)，還能通過(guò)活塞結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)行正負(fù)壓和絕壓的測(cè)量。這些是液體活塞所無(wú)法做到的。液體活塞在使用了新材料后，也大幅提升了活塞的性能，改用癸二酸二異辛脂為工作介質(zhì)，主要用于大于10MPa～500MPa的高壓測(cè)量。

在目前的壓力計(jì)量中，氣體活塞的適用范圍更廣、使用方便、安全潔凈。國(guó)家基準(zhǔn)已經(jīng)從原來(lái)的單一10MPa液體活塞(碳鋼，已淘汰)，拓展到液體10MPa、100MPa、氣體100kPa、600kPa、7MPa(材質(zhì)均為碳化鎢)的不同工作介質(zhì)、不同量程的活塞基準(zhǔn)組。

四、活塞的選擇

從精度上來(lái)說(shuō)，開(kāi)展10MPa壓力以下的量傳，在有條件的情況下建議優(yōu)先使用氣體活塞。