活塞式壓力計量是根據帕斯卡定律及流體靜力學平衡原理,由作用在已知活塞有效面積上的專用砝碼來測量壓力的一種儀器。由于較其它壓力測量儀器性能穩定,國際上常將其作為國家基準和標準,以保證量值傳遞的準確一致。在科研、生產上人們還常用活塞式壓力計來作為高精度的壓力測試儀器。
現在國外發達國家生產的活塞式壓力計大多數進行了升級換代,但技術性能還是有好有差,其中也有一些老牌知名廠家生產的產品技術性能確實很好。反觀國內制造水平二極化,只有極個別的生產廠的產品技術性能達到國際先進水平,完全可以與國外知名制造商媲美。但大多數生產廠的產品還是幾十年前的不變的面孔,其技術水平仍是上世紀50年代的水平。
之所以稱50年代水平,因為50年代我國從國外引進了一批活塞式壓力計,國內進行了仿造,至今幾十年不變。這種活塞式壓力計有結構設計問題,有采用材料問題,也有加工工藝問題等。在結構上,如壓力計的主要部件測量頭(活塞系統),專用砝碼是通過滾珠軸承裝置或滑動軸承裝置加在活塞上的,這類結構形式的裝置在使用時有一個垂直的附加力,其中軸承裝置還有活塞跳動現象。專用砝碼重心偏高,壓力計轉動不平衡,綜上原因都將造成示值的不準確。另外,調壓器、閥門、接頭結構設計落后,所以造壓困難,密封性差。在選用材料方面,此類壓力計采用工具鋼作為活塞和活塞筒的材料,這種材料變形系數大,受溫度影響的線膨脹系數也大,造成形變誤差及溫度附加誤差很大,并且耐磨性差,使用壽命短。另外,高壓力的壓力計采用粘度為(900-1100)mm
2/s的藥用蓖麻油作為工作介質,由于粘度大,壓力計的靈敏度大大降低。在加工工藝方面也比較粗糙。綜上所述,此類活塞式壓力計已經在技術性能方面遠遠落后于現代技術的發展。
可喜的是,近年來,國內一些知名壓力專家,經過多年的潛心研究,汲取國內外先進經驗,博眾家之長,開發研制了多系列的,結構全新、技術性能達到國際先進水平的高精度活塞式壓力計。這些壓力計已經在上海市計量測試技術研究院等許多計量技術機構、企事業單位作為壓力計量標準使用,并得了了專業技術人員的一致好評。如上海敏榆實業有限公司最近將0.005級,量程分別為0.1~6MPa、1~100MPa、2~150MPa三臺活塞式壓力計送中國計量測試技術研究院作樣機試驗,結果十分理想。現舉1~100MPa壓力計為例,測試結果如下:
測試項目 |
測試壓力(MPa) |
國家規程規定值 |
實測值 |
活塞下降速度 |
100 |
不大于0.35mm/min |
0.02mm/min |
密封性 |
200 |
5min內壓力降 ≤3MPa |
≤0.4MPa |
活塞自由轉動延時 |
50 |
15min |
3h40min |
靈敏閾 |
10 |
2g |
0.05g |
上述試驗結果表明其性能遠遠優于國家檢定規定規程要求,已經達到國際先進水平,得到了中國計量科學研究院的好評。
活塞式壓力計性能的改進和提高,主要從下列七個方面著手:
一、 測量頭(活塞系統)與眾不同,壓力計加砝碼不用滾珠軸承或滑動軸承裝置,而直接將砝碼加在活塞上,避免了上述兩種結構的缺點,另外,砝碼的重心在活塞底平面處,因此轉動平穩,準確度高。
二、 用1800旋轉閥門,用力恒定,密封可靠,壽命長,調壓器接頭結構改進后不僅密封效果好而且使用方便。
三、 活塞、活塞筒采用硬質合金碳化鎢制造,形變誤差和溫度附加誤差極小,且耐磨性好,從而使用壽命長。
四、 在加工上采用獨特的加工工藝,保證了活塞、活塞筒精度要求。經過上海市計量測試技術研究院實測活塞圓度誤差為0.1μm,活塞與活塞筒之間的間隙用下降法實測為0.5μm,從而降低了活塞下降速度,延長了活塞轉動延續時間。
五、 高壓力活塞壓力計的工作介質采用國際比對指定的葵二酸二(乙基已基)酯,其粘度在20℃時為(20-25)mm/s,比藥用蓖麻油小50倍,從而使活塞壓力計的靈敏閾大大提高。
六、 活塞工作位置用位移傳感器監視,讀數準確,觀察方便。
七、 0.005級壓力計附有溫度計,直接測量活塞溫度、可作溫度修正。
八、 從上述成功之例,看到我國壓力計量技術在不斷發展,我們堅信只要大膽創新,勇于探索,我們國家計量(基)標準的更新換代一定會取得更大的成績。