专利名称：可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计量技术领域，特别涉及一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组。
背景技术：
活塞压力计是高准确度高稳定性的压力计量仪器，普遍用来作为国家基准和一、二等计量标准，但在工作压力升高时，其套筒受内压作用而内径有所增大，因而导致活塞与套筒的配合间隙增加，当内压与砝码的重力平衡时，由于间隙中不断流出液体而造成活塞下降速度太快甚至不能达到平衡，尽管现代工业技术已能制造出用碳化钨材料加工的套筒，但是在压力超过500MPa时，套筒的变形仍然不可忽视。
如图1所示，在1953年美国就研发了一种可控间隙的活塞压力计，其工作原理为在套筒20的外壁再施加一路压力30使套筒20变形而内径缩小，使活塞10与套筒20的配合间隙40在高压下仍然保持较小。
如图2所示，目前常用的超高压活塞压力计产品为Harwood-1400MPa可控间隙活塞压力计，该压力计的活塞50与套筒60的配合段自套筒60顶端起约长16mm，而套筒60受均匀的外套压力70作用时变形最大的区域在离顶端约24mm处，这样的结构就使得外套压力70的作用效果较差，当活塞压力计的平衡压力80达到1400MPa时，外套压力70达到1032MPa，对外套缸90的强度要求很高，若要将平衡压力80提高到1500MPa，外套压力70就要达到1100MPa，一般双层过盈配合的外套缸90也满足不了强度要求。
另外，如图3所示，在Harwood-1400MPa活塞压力计中，活塞50的顶端制成60°截头锥形，与之相配的承压头51则做成一个带圆弧的锥孔，在承压头51带动活塞50转动时不可避免的有一些晃动，而活塞50的直径为2.060mm，由碳化钨材料制成，承受的砝码载荷为512kg，工作时所有重力都由活塞顶端一个支枢来承受，当砝码与承压头稍有晃动时很容易将活塞折断。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中外套压力的作用效果较差，活塞容易被折断的缺陷，提供了一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组，其包括一个套筒、一个设在该套筒内的活塞及一个与该活塞配合的承压头，该承压头的下端设有一个内沉式圆柱孔，该内沉式圆柱孔内设有一个滚珠，且该滚珠置于该活塞上端。
其中，该活塞上端设有一个活塞头，该活塞头的上部为130°锥面。
其中，该套筒的顶端设有一个下沉段，该活塞头置于该下沉段内。
本实用新型的积极进步效果在于在均匀分布的外套压力作用下，套筒的下沉段，使套筒中变形最大处正处于活塞与套筒的配合段之内，这样在不改变套筒外径、活塞与套筒的配合段长度等关键参数的条件下，降低了外套压力，并且套筒在外套压力下把活塞抱得更紧；活塞顶端装了一个活塞头通过一粒滚珠与承压头配合，便于加工，能适应轻微的砝码晃动，即使承压头有较大晃动，也不容易把活塞折断，活塞压力计的受力情况不变，压力计的灵敏阈也不会改变。
图1为常见的可控间隙活塞压力计工作原理图。
图2为Harwood-1400MPa活塞压力计的活塞与套筒结构示意图。
图3为图2中活塞与承压头的局部放大图。
图4为本实用新型一较佳实施例活塞与套筒结构示意图。
图5为本实用新型配合入压力计后的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。
如图4、图5所示，一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组，其包括一个套筒1、一个设在该套筒1内的活塞2及一个与该活塞2配合的承压头3，该承压头3的下端设有一个内沉式圆柱孔31，该内沉式圆柱孔31内有一个滚珠4，且该滚珠4置于该活塞2上端。
套筒1的顶端设有一个直径10mm的下沉段11，尽管配合段长度仍为16mm，套筒1外壁的密封圈5位置不变，在均匀分布的外套压力6作用下，内孔变形最大的位置仍在两个密封圈5的中间位置，即距离套筒1顶端24mm处，在套筒1中变形最大处正处于活塞2与套筒1的配合段之内，这样在同样的外套压力6下套筒1将把活塞2抱得更紧一些。
活塞2顶端上套入一个直径为8mm的活塞头21，活塞头21的上部加工成130°锥面，当一粒直径9mm的滚珠4置于其上时可以使底部和侧面同时与活塞头21接触，在承压头3上加工了一个内沉式圆柱孔31，9mm直径的滚珠4则埋入圆柱孔31中。这种结构形式可以使承压头3在晃动时不会有明显的侧向力施加到活塞2上，不容易把活塞2折断。
本实用新型在1500MPa可控间隙活塞压力计上实施，其活塞2的直径为2.0616mm，长度为50mm，用YG-8碳化钨制成，活塞头21的直径为8mm，高度为11mm，上端的锥度为130°，用1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，套筒1的外径为26mm，内径为2.0630mm，与活塞2的配合间隙约为1.4μm，套筒1由40CrNiMo钢制成，外套缸7的外径为180mm，内径为30mm，外套缸7有两种结构形式，第一种是整体式，由40CrMnSiMoVA钢制造，材料屈服强度σs1＝166kg/mm2，用最大剪切应力理论计算最大容许内压Pi1max＝914MPa，第二种为双层过盈配合式，由40CrNiMo钢制造，材料屈服强度σs2＝130kg/mm2，用同样方法计算最大容许内压Pi2max＝1022MPa。
针对Harwood-1400MPa活塞压力计的活塞套筒结构，外套缸采用整体式结构，经过大量试验得出了活塞下降率为每毫米10分钟时外套压力Pj10H与平衡压力PmH之间的关系为Pj10H＝0.68PmH+80(1)式中参数均以MPa为单位，由上式即可算出下列结果PmH1＝1200MPa，Pj10H1＝896MPa；PmH2＝1400MPa，Pj10H2＝1032MPa；PmH3＝1500MPa，Pj10H3＝1100MPa；在实际试验中当平衡压力达到1300MPa，外套压力达到910MPa时，外套缸就发生了开裂性的破坏，与最大剪切应力法计算的结果相近。
实验证明，采取本实用新型的结构后，外套压力Pj10s与平衡压力Pms之间的关系为Pj10s＝0.5249Pms+78.34(2)式中参数均以MPa为单位，当Pms达到1500MPa时Pj10s为865.69MPa，不仅40CrNiMo钢制造的双层热套式外套缸可以承受，而且40CrMnSiMoVA钢制造的整体式外套缸也可以承受。
由上可见，本实用新型在不改变套筒外径、活塞与套筒的配合段长度等关键参数的条件下，降低了外套压力，并且套筒在外套压力下把活塞抱得更紧，活塞顶端装了一个活塞头通过一粒滚珠与承压头配合，便于加工，能适应轻微的砝码晃动，即使承压头有较大晃动，也不容易把活塞折断，活塞压力计的受力情况不变，压力计的灵敏阈也不会改变。
权利要求1.一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组，其包括一个套筒、一个设在该套筒内的活塞及一个与该活塞配合的承压头，其特征在于，该承压头的下端设有一个内沉式圆柱孔，该内沉式圆柱孔内设有一个滚珠，且该滚珠置于该活塞上端。
2.根据权利要求1所述的低外压活塞套筒组，其特征在于，该活塞上端设有一个活塞头，该活塞头的上部为130°锥面。
3.根据权利要求2所述的低外压活塞套筒组，其特征在于，该套筒的顶端设有一个下沉段，该活塞头置于该下沉段内。
专利摘要本实用新型公开了一种可控间隙活塞压力计用的低外压活塞套筒组，其包括一个套筒、一个设在该套筒内的活塞及一个与该活塞配合的承压头，该承压头的下端设有一个内沉式圆柱孔，该内沉式圆柱孔内设有一个滚珠，且该滚珠置于该活塞上端。套筒的下沉段，使套筒中变形最大处正处于活塞与套筒的配合段之内，这样在外套压力下套筒将把活塞抱得更紧，并且，活塞顶端装了一个活塞头通过一粒滚珠与承压头配合，即使承压头有较大晃动，也不容易把活塞折断。
文档编号G01L19/00GK2898796SQ20062004038
公开日2007年5月9日 申请日期2006年3月22日 优先权日2006年3月22日
发明者顾世杰 申请人:上海市计量测试技术研究院