活塞压力计原理

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1、活塞式压力计的基本原理及应用作者：KurtSolis德鲁克集团美国罗斯卡仪器公司技术副总裁P.O.Box630009,Houston,TX77263-0009,USA翻译：董春虎代表处经理英国德鲁克有限公司北京代表处摘要：本文对活塞压力计的工作原理、结由此方法得到的压力的不确定度取决于仪构类型、误差因素进行了较为详细的介绍，并器本身的物理特性（和不确定度）以及许多外结合具体实例，对活塞压力计的不确定因素进部影响因素。所有因素都必须予以深入的分析行了定量分析。和考虑。对不确定度影响因素的重视程度将直关键词：活塞、压力计。接决定测量结果“误差”的大小。来自活塞式压力计本身的测

2、量不确定度的压力（P）不是独立的基本物理量，而是质影响分量主要有：砝码、活塞系统的刚度、活量和长度量的导出量。压力的定义为：塞系统的温度膨胀系数、流体的表面张力、垂P=F/A(1)直度影响、以及磁场对磁性部件的影响等。式中，F为力值，A为承受该力值的面积。F1根据以上原理，我们可以采用多种方法通过特定的机械装置产生压力。其中最常见的方法是液体压力计装置和活塞式压力计装置。本文将对活塞式压力计装置进行讨论。活塞式压力计又称为静重式压力计，是利用流体静力平衡原理及帕斯卡定律工作的仪传压介质器。流体静力平衡是通过作用在活塞系统的力值图1与传压介质产生的反作用力相平衡实现的。活塞

3、系统由活塞和缸体（活塞筒）组成，二者形成极来自外部因素的不确定度影响分量主要好的动密封配合。活塞的面积（有效面积）是已有：使用地点的重力加速度、砝码在空气中受知的，当已知的力值作用在活塞一端时，活塞另到的浮力、操作环境的受控程度和稳定程度。一端的传压介质会产生与已知力值大小相等方向应该注意到：我们以上讨论的不确定度分量只相反的力与该力相平衡。由此，可以通过作用力是局限在活塞压力计本身的测量不确定度进行值和活塞的有效面积计算得到系统内传压介质的分析得出的。如果我们要给出被校验仪器的测压力。在实际应用中，力值通常由砝码的质量乘量不确定度报告，还必须对其他因素加以考以使用地点的

4、重力加速度得到。虑。这些因素包括：与流体介质种类和参考压活塞式压力计的结构类型有很多种。最基力（或气压）相关的位置差、系统泄漏、温度本的结构原理如图1所示。梯度等。活塞压力计的结构基本组成有效面积通常会减小，为“负”压力变形系活塞式压力计的基本组成原理如图2所数。示。可控间隙型:在这种结构类型中，活塞和活塞从图2可以看出，活塞压力计由活塞、活筒之间的间隙由作用在活塞筒外部（参与工作塞筒、基座、砝码和压力接口组成。基座对活部分）的独立压力控制系统进行控制。目的是塞系统起支撑作用并使活塞底部工作面与传压消除压力变形系数，使得活塞的有效面积不随介质相接触，基座底部的螺栓用于调节

5、活塞系系统试验压力的改变而变化。其结构原理图如统与地面的垂直度。图4所示。图3图2活塞/活塞筒（活塞系统组件）的类型对活塞压力计测量结果影响最大的因素（尤其在高压力时）是压力对活塞有效面积的影响。这就是我们通常所说的“压力形变系PJacket数”。基于以上认识，我们通过多种方法对活塞系统组件加以完善，力图消除或减小“压力形变系数”对测量结果的影响。图4最典型的活塞系统组件有三种结构形式，分别叫做“基本型”、“复入型”和“可控间压力与力值的关系隙型”。这三种结构形式的活塞系统组件由于基本因素其易实现性和商业上的可行性，至今仍被广泛影响压力与力值关系的基本因素有：浮采用。力、

6、重力加速度、流体表面张力系数，以及温度系数引起的线性膨胀、压力系数引起的弹性基本型：基本型是所有活塞系统类型中最简单变形对活塞有效面积的影响等。的一种结构。其结构原理如图2所示。基本型由压力的基本定义：结构中，活塞筒的外表面始终暴露在大气中。P=F(2)rAe活塞筒的直径会随着压力的增加而增大，从而式中：导致活塞有效面积的增大，为“正”压力变形Pr---活塞工作端面压力值系数。F---作用在活塞上的力值（砝码重力）Ae---活塞系统有效面积复入型：如图3所示。在这种结构类型中，又由,将活塞系统内部压力施加到活塞筒外表面的一F=Ma•gl(3)部分。这样以来，当系统压力增加

7、时，活塞的得到：根据力值（F）、质量（M）、重力加速度P=Ma•gl(4)（gl）选用单位的不同，定义系数k：rAek=1---当F单位为N,M单位为kg,gl单位式中：2为m/s时；Ma=砝码质量(经标准检定给出的表观值,包k=1/980.665---当F单位为公斤力,M单括活塞及连接件质量).2位为kg,gl单位为cm/s时gl=使用地点重力加速度表面张力力值修正当活塞压力计工作介质为液体时（例如油浮力影响或水），必须对表面张力的影响加以考虑。至根据阿基米德定律:物体受到的浮力等于少，需要量化其对活塞压力计整体性能的影物体