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新疆活塞式压力真空计的计量校准方法
2022-08-13 08:43:48  |   发布者:   |   点击: 1404

一、活塞式压力真空计的直接溯源

      活塞式压力真空计在向下量传和往上溯源时,活塞间隙内的流动不一致。为此,本文进行了活塞式压力真空计的直接溯源并与JJG236-2009所介绍的现有方法进行比较。相比于现有方法中需将活塞模块拆下安装至油介质校准系统中,直接溯源法无须拆卸活塞模块而直接与气体校准系统相连。这种方式更大特点是:活塞式压力真空计在向下量传和溯源时处于完全一样的运行状态,因此,得到的量值与活塞式压力真空计在量传时复现的量值具有一致重复性。进一步可认为,活塞式压力真空计向下量传与现有往上溯源的差异,可通过直接溯源法与现有溯源方法进行比较。

 

      为此在直接溯源时,需选用两台0.005级气体活塞式压力计,测量范围分别为(-100~-5)kPa和(20~1000)kPa。正压测量时,使用(20~1000)kPa的气体活塞式压力计作为标准器,将被检的活塞式压力真空计调整至正压模式,起始平衡点设置于200kPa,并在300kPa、400kPa、500kPa和600kPa下进行测量;负压测量时,使用(-100~-5)kPa的气体活塞式压力计作为标准器,将被检活塞式压力真空计180°倒置(负压模式),起始平衡点位于-50kPa处并在-70kPa和-90kPa处进行测量。为了得到四个测量点,重复两遍。现有方法选用测量范围(40~600)kPa的0.005级油活塞式压力计,正负压测量时起始平衡点位于200kPa,在(300~600)kPa下测量有效面积(4个点)。测得面积后,将4个测量点下的有效面积作算术平均,因此,每个活塞式压力真空计有四组有效面积值,即正压直接法、正压现有法、负压直接法和负压现有法。为了验证结果的普遍性,本文选用了3台活塞式压力真空计作为实验对象。

 

二、直接溯源法和现有方法的比较

      表1展示了3台活塞式压力真空计在两种方法下测得的正压有效面积。为了便于比较,图1中对每个活塞有效面积进行了无量纲化处理,以正压直接法测得的有效面积作为相对差的零点。

 

图 1 现有法和直接法测得正压有效面积的比较

      由图1可知,在正压情形下,本文介绍的直接溯源法和现有计量校准方法体现了较好的一致性,两者之间偏差值基本不超过3×10-5,远小于JJG236-2009中规定的活塞有效面积更大允许误差值(0.05级:2×10-4、0.02级:1×10-4)。这是因为,一是活塞式压力真空计在正压面积直接溯源与正压量传时运行状态完全一致;二是活塞系统间隙内压力分布、流动在正压复现和正压溯源(现有法)时基本一致,即活塞间隙的主要流动都是从侧孔向顶端流动。虽然两者的压力更大点存在差异,但通过计算可发现,油杯液位高度一般不超过10cm,额外引入的侧孔压力更大也仅为1kPa,这与校准压力(200~600)kPa相比可以忽略不计。所以可以认为,JJG236-2009中所规定的正压有效面积测量方法(现有法)与实际复现压力(正压量传)具有良好的一致性。

 

      而在负压情形下,通过直接法与现有法测得的有效面积则存在较大差距,更大已接近2×10-4(见表2)。造成这种现象的根本因素,一是活塞式压力真空计在负压直接溯源时与负压量传时的运行状态依然能保持完全一致;二是活塞系统间隙内压力分布、流动在负压量传和负压溯源(现有法)时正好相反,前者是从侧孔流向底端面,而后者是从底端面流向侧孔。由于在实际活塞系统中的活塞间隙配合不可能完全平整,因此活塞间隙内的压力分布既非一致也非镜像,从而导致活塞的本底下降速度存在一定的差异;三是在直接溯源方法中,起始平衡点为-50kPa,面积测量点为-70kPa、-90kPa,而在现有溯源法中,起始平衡点位于200kPa处,面积测量点位于300kPa、400kPa、500kPa、600kPa处。由于面积测量时压力不同,导致活塞系统间隙内的压力分布、流动的差异进一步扩大,使得活塞系统的鉴别力、本底下降速度产生更大的变化。

 

      使用标准活塞测量被检活塞有效面积时,除了活塞杆直径、活塞系统间隙宽度外,两活塞系统本底下降速度也是影响两活塞平衡的一个重要因素。对于本底下降速度偏慢的活塞,在两活塞平衡判定时显得偏“轻”,为此需要在该活塞上增加更多的小砝码来维持两活塞平衡,最终导致了该活塞有效面积偏小(见图2)。

 

      综上所述,因为负压直接溯源和负压现有溯源时活塞系统内存在较大差异,最终导致两种计量校准方法测出的活塞面积也存在较大差异。同时,负压直接溯源法和负压量传时的运行状况完全一致。因此,使用负压直接溯源的方法来作为活塞式压力真空计负压有效面积具有更高的可信度。

 

三、结束语

      本文从活塞式压力真空计的结构特点出发,分析了不同运行状况下活塞系统内部存在的差异。基于此,提出了将活塞式压力真空计与气体活塞式压力计直接连接活塞有效面积直接溯源法,并与现有方法进行比较。实验结果表明,在正压有效面积测量时,两种方法相对差异的值小于2×10-5,可忽略不计。而在负压有效面积测量时存在明显差异,而直接溯源法有着和活塞式压力真空计量传时运行状态完全一致的特点,因此具有更好的可信度。


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