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简单活塞式压力计的偏差修正研究

编辑:        发布日期:2018-05-15        点击量:986

简单活塞式压力计是由专用砝码直接作用在活塞上的活塞式压力计,受到重力加速度影响、空气浮力影响、温度影响和活塞有效面积随压力改变的偏差修正,以下就从这几点进行阐述:

简单活塞式压力计的偏差修正研究

一、重力加速度影响的修正

我国各生产家生产的压力计专用砝码,其质量一般是按标准重力加速度(9.80665m/s2)计算后制作的。我国幅员辽阔,各地的重力加速度都不同,同一台压力计的一组专用砝码,在不同地区使用时,所得到的压力值也不相同,甚至会严重影响压力计的准确度。如在新购置一台压力计,其专用砝码质量是按标准重力加速度计算后制作的,若不作重力加速度修正而在成都使用,将引起±0.157%的偏差。因此,新购置的压力计必须进行重力加速度的修正。

重力加速度与所在地的海拔高度、地理纬度有关,可用式

式中:gφ———压力计使用地点重力加速度(m/s2);R———地球半径,R=6371×103计算;H———测量地点的海拔高度(m);φ———压力计使用地点的地理纬度。

若按gA修正的压力计砝码移至B地(重力加速度为gB)使用时,两地测得的压力值有如下关系:

这就是说,用同一组专用砝码在A地测得的压力值PA,是在B地测得压力值PB的gA/gB倍。压力计在两地测得的压力比等于两地重力加速度之比。

一台活塞式压力计在成都(g=9.7913m/s2)使用时全部参数均符合要求。校准证书的相关检定人,复核人,授权签字人签名是否齐全,是否有CNAS相关的章及检定单位章;今移至贵阳市(g=9.7868m/s2)使用,求因重力加速度变化引起的修正量。

即在贵阳市测得的压力值为成都测得的压力值的0.99954倍。

在使用地点的重力加速度和标准重力加速度不同时,对0.05级压力计相差不大于0.0005m/s2,0.2级压力计不大于0.002m/s2时,所带来的相对偏差为

它们分别为压力计准确度的0.1倍。为使用方便,国家标准规定可不进行修正。

 

二、空气浮力影响的修正

活塞式压力计的专用砝码在空气中使用,由于空气浮力作用,将使砝码重力不能完全作用在活塞上,对质量为m的砝码,空气浮力为

空气浮力的影响,造成的偏差在常压下(101325Pa)约为±0.015%。一般在砝码配重时已考虑这个影响了。

 

三、温度影响的修正

任何物体都要受温度的影响,活塞有效面积在环境温度20℃检定,使用时若超过温度允许范围,活塞有效面积就应进行温度修正。

由活塞有效面积计算式:

式中:α1、α2———活塞、活塞筒材料线膨胀系数(钢取α=1×10-5/℃,铜取α=2×10-5/℃);a20、b20———温度20℃时,活塞、活塞筒半径(m)。

将at和bt代入式

式中:A20———环境温度为20℃时的活塞有效面积(m2)。

活塞有效面积随温度变化而引起的修正值等于面积的初始值乘以活塞与活塞筒的线膨胀系数之和再乘上温度之差。

(5)可知,温度修正可推广到任意温度t,但检定规程规定活塞式压力计使用温度不得超过一定范围,这是因为温度影响比较复杂,如温度变化大,会存在较大的温度场梯度,这种不均匀的温度场,对测量影响更难修正。

 

四、活塞有效面积随压力改变的修正值

活塞有效面积随压力的总改变量方程为

ΔA=Aβp0

对于测量上限为6MPa以下的活塞压力计,因被测压力较小,活塞有效面积的改变也较小,压力计的准确度已包含这项偏差,可不修正。而对于量限为25MPa以上的压力计,此项偏差必须进行修正。

测量上限为25MPa的压力计,活塞的变形量为

ΔA=A(2.75×10-6×25)=0.000069A

其相对偏差为

δA=ΔA/A=±0.007%

式中:A———活塞有效面积标称值0.2cm2。

测量上限为250MPa压力计活塞变形量为

ΔA=A(2.75×10-6×250)=0.00069A

其相对偏差

式中:A———活塞有效面积标称值0.05cm2。

根据GB6863-1986《活塞压力计》国家标准规定:测量上限为(25~60)MPa的压力计,由于活塞受压变形需对砝码质量进行修正,其计算式为

式中:pj———测量上限的一半。确认合格的校准证书,校准后的仪器如果判定合格后(严格意义校准是只出数据的),建议的校准周期为基本都是一年。这个计算式不要求砝码按编号顺序使用,给检定带来方便。

测量上限为250MPa压力计,由于活塞受压变形对砝码质量进行修正,其计算式为

式中:p———10MPa;g———压力计使用地点的重力加速度m/s2;n———砝码顺序号的数值。

起始压力计按不变形压力计砝码质量计算式计算,使用时按砝码顺序号使用。所有的仪器检测,比如:实验室使用的所有仪器。像红外阿卡氏分什么的都需要。

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