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活塞压力计的工作原理、结构类型、误差因素的定量分析(一)

摘要:本文对活塞式压力计的工作原理、结构类型、误差因素进行了较为详细的介绍,并结合具体实例,对活塞压力计的不确定因素进行了定量分析。

 

压力(P)不是独立的基本物理量,而是质量和长度量的导出量。压力的定义为:

P = F/A (1)

式中,F 为力值,A 为承受该力值的面积。

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器。

流体静力平衡是通过作用在活塞系统的力值与传压介质产生的反作用力相平衡实现的。活塞系统由活塞和缸体(活塞筒)组成,二者形成极好的动密封配合。活塞的面积(有效面积)是已知的,当已知的力值作用在活塞一端时,活塞另一端的传压介质会产生与已知力值大小相等方向相反的力与该力相平衡。由此,可以通过作用力值和活塞的有效面积计算得到系统内传压介质的压力。在实际应用中,力值通常由砝码的质量乘以使用地点的重力加速度得到。

活塞式压力计的结构类型有很多种。最基本的结构原理如图 1 所示。

1.png

由此方法得到的压力的不确定度取决于仪器本身的物理特性(和不确定度)以及许多外部影响因素。 所有因素都必须予以深入的分析和考虑。对不确定度影响因素的重视程度将直接决定测量结果“误差”的大小。

来自活塞式压力计本身的测量不确定度的影响分量主要有:砝码、活塞系统的刚度、活塞系统的温度膨胀系数、流体的表面张力、垂直度影响、以及磁场对磁性部件的影响等。

   来自外部因素的不确定度影响分量主要有:使用地点的重力加速度、砝码在空气中受到的浮力、操作环境的受控程度和稳定程度。

应该注意到:我们以上讨论的不确定度分量只是局限在活塞压力计本身的测量不确定度进行分析得出的。如果我们要给出被校验仪器的测量不确定度报告,还必须对其他因素加以考虑。这些因素包括:与流体介质种类和参考压力(或气压)相关的位置差、系统泄漏、温度梯度等。


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