一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的制造方法
专利名称:一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，包括标准活塞、数字压力计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个砝码；所述标准活塞和待检定活塞装载在活塞式压力计系统上；所述砝码放置在所述标准活塞或待检定活塞上；所述加压单元向所述活塞式压力计系统加压；所述数字压力计装载在所述活塞式压力计系统上，以测量标准活塞或待检定活塞所受的压力。本实用新型通过在标准活塞和待检定活塞上加减相同增量的砝码，进而获得对应的标准活塞和待检定活塞的压力的增量，从而获得活塞式压力计活塞的有效面积，不需要反复加减小砝码，极大提高了工作效率。
【专利说明】
-种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及计量检定领域，尤其设及一种活塞式压力计活塞有效面积的检定 装置。
【背景技术】
[0002] 活塞式压力计作为压力计量量值传递的标准计量器具，具有准确度等级高、稳定 性好、测量范围宽等优点。基于上述优点，法定计量检定机构一般都将活塞式压力计作为社 会公用计量标准，在行政范围内开展法定的量值传递工作;而一般的企事业单位也会选择 活塞式压力计作为本单位的最高压力计量标准，在本单位内开展量值传递工作。按照计量 法的要求，W上两种性质的活塞式压力计标准器都属于强制检定的计量器具，所W，活塞式 压力计量值的准确、有效溯源十分重要。
[0003] 根据质检总局的要求，活塞式压力计的量值溯源方式需依据国家计量检定规程 JJG59-2007进行检定;该规程基于Rl 101994化)《活塞压力计》国际建议制定，将活塞式压力 计的有效面积的检定作为量值溯源的关键步骤。目前，现有的活塞有效面积检定方法通常 采用直接平衡法或起始平衡法。运两种方法本质相同，都是将待检定活塞和标准活塞同时 装载或者通过管道连接在同一检定系统上，分别在待检定活塞和标准活塞上加减破码，使 待检定活塞和标准活塞上受到的压力(强)相等W达到动态平衡，获得动态平衡状态下放置 在待检定活塞和标准活塞上的破码质量，已知标准活塞的有效面积(溯源至更高的标准）； 最后根据公式计算获得待检定活塞式压力计的活塞有效面积。
[0004] 采用直接平衡法或起始平衡法检定活塞式压力计活塞有效面积的公式原理如下：
[0005] 活塞式压力计活塞有效面积检定的基本公式如下：
[0006]
[0007]其中，A:活塞式压力计的有效面积;m:平衡时破码质量;g:重力加速度;P:平衡时 施加在活塞式压力计上的压力；
[000引由于在待检定活塞和标准活塞上施加的压力相等，即P = P'；因此当待检定活塞和 标准活塞达到动态平衡状态时，可得到公式如下：
[0009]
[0010] 进一步推导，可获得待检定活塞式压力计的活塞的有效面积公式如下：
[0011]
[0012] 其中，A，A'：表示标准活塞和待检定活塞的有效面积;m，m'：表示达到动态平衡时， 分别加在标准活塞和待检定活塞上的破码质量;P，P'：表示达到动态平衡时，标准活塞和待 检定活塞分别承受的压力。
[0013] 最后，通过获得动态平衡状态下标准活塞和待检定活塞上所加破码质量和标准活 塞的有效面积，再根据上述公式即可计算获得待检定活塞式压力计的有效面积。
[0014] 但是，采用直接平衡法或起始平衡法对活塞式压力计活塞有效面积检定时，操作 难度大，并且对检定人员的要求较高。因为采用直接平衡法或起始平衡法检定时，在检定过 程中最重要的步骤是使标准活塞和待检定活塞达到动态平衡，即使p=p'，而活塞式压力计 的灵敏度很高，为达到动态平衡需要多次加减小破码，且需要反复调整，费时费力，工作效 率不高;并且在运加减破码的过程中，标准活塞和待检定活塞还要保持各自工作的位置，均 W(30-60)r/min的速度转动，运就大大增加了操作的难度。此外，也是十分重要的一点，活 塞达到动态平衡时可能W-定的速度下降，运需要检定员依据经验和知识来进行判断，稍 有疏忽就有可能造成计算结果与实际有较大偏差。 【实用新型内容】
[0015] 本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种不需要加减小破码、简单 实用、提高工作效率，能实现对活塞式压力计活塞有效面积进行检定的装置。
[0016] 本实用新型是通过W下技术方案实现的：一种活塞式压力计活塞有效面积的检定 装置，包括标准活塞、数字压力计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个破码;所述标准活 塞和待检定活塞装载在活塞式压力计系统上;所述破码放置在所述标准活塞或待检定活塞 上;所述加压单元向所述活塞式压力计系统加压;所述数字压力计装载在所述活塞式压力 计系统上，W测量标准活塞或待检定活塞所受的压力。
[0017] 相比于现有技术，本实用新型通过将标准活塞、待检定活塞和数字压力计装载在 同一活塞式压力计系统上，并在标准活塞和待检定活塞上加减相同质量的破码，使放置在 标准活塞和待检定活塞上的破码的增量相同，进而只需通过数字压力计获得对应地标准活 塞和待检定活塞的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，不需要判断两活塞 是否同时达到平衡，也不需要加减小破码，使得普通工作人员即可完成对活塞是压力计有 效面积的检定，简单实用，大大提高了工作效率。
[0018] 进一步地，还包括一数据采集处理单元;所述数字采集处理单元与所述数字压力 计连接并接收所述数字压力计传送的压力信号。
[0019] 进一步地，所述数字压力计内的传感器为石英谐振压力传感器。
[0020] 为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 请参阅图1，其是本实用新型活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的结构示意 图。该活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，包括标准活塞1、活塞式压力计系统2、预压 单元3、加压单元4、若干个破码5、数字压力计6和数据采集处理单元7。
[0023] 所述标准活塞1和待检定活塞8装载在所述活塞式压力计系统2上。所述预压单元3 和加压单元4向所述活塞式压力计系统巧日压，W对所述标准活塞1或待检定活塞8施压。所 述破码5放置在所述标准活塞1或待检定活塞8上，W使所述标准活塞1或待检定活塞8处于 工作位置并保持一定的速度顺时针旋转，进而使所述标准活塞I或待检定活塞8达到平衡。 所述数字压力计6装载在所述活塞式压力计系统2上，并将测量的标准活塞1或待检定活塞8 所受的压力信号传送到所述数字采集处理单元7。
[0024] 所述活塞式压力计系统2上设有分别与所述标准活塞1、待检定活塞8、数字压力计 6、预压单元3和加压单元4连通的标准活塞阀口 21、待检定活塞阀口 22、数字压力计阀口 23、 预压单元阀口 24和加压单元阀口 25。
[0025] 本实施例中，所述数字压力计6内的传感器为石英谐振压力传感器。石英谐振压力 传感器具备优良的年稳定性和极高的线性度和重复性，尤其是在一定的测量范围内误差 小，能够实现读数精度，堪比相同精度的活塞式压力计。
[0026] 本实用新型中，所述活塞式压力计系统内使用的造压介质为液体或者气体，分别 对应于活塞式压力计系统和气体活塞式压力计系统，本实用新型将运两个系统统称为活塞 式压力计系统。
[0027] 本实用新型提出的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，待检定活塞8和标准 活塞1可W不必同时安装在活塞式压力计系统2上，因为待检定活塞8和标准活塞1的检定时 独立检定的，只需要确保加载在待检定活塞8和标准活塞1上的破码的质量的增量相同即 可。
[0028] 下面先介绍本实用新型提出的检定装置用来检定活塞式压力计活塞有效面积的 基本原理：
[0029] 根据活塞式压力计活塞有效面积检定的基本公式.
可知，当在活塞上加减 的破码5增量发生变化时，相应地施加在活塞上的压力的增量也会成比例地发生变化。因 此，活塞式压力计活塞有效面积的基本公式可转换为：
[0030]
[0031] 也就是说，在标准活塞1和待检定活塞8上分别加减相同质量的破码5(同一套破码 5)，使放置在标准活塞1和待检定活塞8上的破码的增量相同，通过获得对应地标准活塞1和 待检定活塞8的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，即上述公式可W进一步 推导得到如下公式：
[0032]
[0033] 进而可W获得活塞式压力计活塞有效面积的计算公式如下：
[0034]
[0035] 上述公式中，AP，AP'：表示加减破码5前后，标准活塞1和待检定活塞8压力的增 量;A，A'：表示标准活塞1和待检定活塞8的有效面积。
[0036] 下面介绍本实用新型提出的检定装置用来检定活塞式压力计活塞有效面积的步 骤，具体步骤如下：
[0037] 步骤SI:在标准活塞1上加减破码5,记录加减的破码5质量的增量，对应地获得标 准活塞1达到平衡时所受的压力的增量AP;
[0038] 具体的，将标准活塞I、数字压力计6和待检定活塞8装载在一活塞式压力计系统2 上，在活塞式压力计系统2上设置一预压单元3和加压单元4;在数字压力计6上连接一数据 采集处理单元7。
[0039] 打开标准活塞阀口 21、数字压力计阀口 23、预压单元阀口 24和加压单元阀口 25,关 闭待检定活塞阀口 22。对第一个压力点进行检定时，在标准活塞1上加入与第一个被检定压 力点相对应质量的破码5,通过预压单元3先向活塞式压力计系统2手动加压，待手感受到活 塞式压力计系统2内已有一定压力时，用加压单元4加压，使活塞上升至工作位置。同时转动 破码5,使标准活塞1达到平衡并W(30-60)r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单 元7获得此时标准活塞1所受的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5的质量。待第一个 检定压力点检定完成后，在活塞上加放与第二个被检定压力点相对应的破码，重复检定第 一个检定点的步骤，使活塞达到同一工作位置；同时转动破码5,使标准活塞1达到平衡并W (30-60 );r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单元7获得此时标准活塞1压力计所受 的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5质量;进而获得标准活塞1在第一个检定压力点 与第二个检定压力点所受的压力增量AP，计算标准活塞1在第一个检定压力点和第二个检 定压力点检定时放置的破码5的质量增量Am。W此类推，分别对其他待检定压力点进行测 量和记录。
[0040] 步骤S2:按照步骤Sl的方法，在待检定活塞8上加减破码5,使在待检定活塞8加减 的破码质量的增量与标准活塞1上加减的破码质量的增量相等;获得待检定活塞8达到平衡 时所受的压力的增量AP'；要保证破码的添加顺序和步骤Sl完全相同，因为不同的破码质 量可能会有差别。
[0041] 具体的，关闭标准活塞阀口21，打开待检定活塞阀口22、数字压力计阀口23、预压 单元阀口 24和加压单元阀口 25。在待检定活塞8上加入与标准活塞1的第一个被检定压力点 相对应质量的破码5,通过预压单元3先向活塞式压力计系统2手动加压，待手感受到活塞式 压力计系统2内已有一定压力时，用加压单元4加压，使活塞上升至工作位置。使标准活塞1 达到平衡并W(30-60)r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单元7获得此时标准活 塞1所受的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5的质量。待第一个检定压力点检定完成 后，开始对第二个检定点进行检定，在活塞式压力计系统2上增加Am'质量的破码5,使得待 检定活塞8加减破码5的增量与标准活塞1上加减破码的增量相等，即Am' = Am。通过数据 采集处理单元7获得此时待检定活塞8压力计所受的压力，进而获得待检定活塞8的第一个 检定压力点和第二检定压力点所受的压力增量AP'。W此类推，分别对其他待检定压力点 进行测量和记录。
[0042] 步骤S3:获得标准活塞1的有效面积A;并根据公式计算获得待检定活塞的有效面 积，活塞式压力计活塞有效面积的计算公式如下：
[0043]
[0044] 上述公式中，AP，AP' ：分别表示标准活塞1和待检定活塞8所受的压力的增量;A， A'：分别表示标准活塞1和待检定活塞8的有效面积。
[0045] 具体实例中，检定环境满足检定规程JJG 59-2007的要求，标准活塞1为测量范围 为（1~60)MPa准确度等级为0.01级的活塞式压力计，被检活塞为0.05级的相同测量范围活 塞式压力计，使用石英谐振压力传感器的数字压力计6为准确度等级为0.01级，年稳定性优 于0.005%。根据W上方法计算和测得的数据参照表1活塞有效面积检定原始数据和表2活 塞有效面积检定计算结果，如下：
[0046] 表1活塞有效面积检定原始数据
[0047]
[0(
[0(
[0050]由表1和表2可知，本实施例中提出的检定方法中，用相邻检定点压力示值之差代 替示值。而由于标准W及被检活塞的活塞连接杆质量不同，因此第一个检测点的破码质量 不相同，于是将其作为检测的起始点，后续检测中，每一个标准活塞W及待检定活塞，检测 点的破码增量相同。而用常规的检定方法进行活塞有效面积检定，必须考虑标准器W及被 检活塞使用两套破码而引入的不确定度，而本实施例中提出的检定方法得到每个点的数值 用的都是同一破码，不需要考虑破码引入的不确定度，进而提高了检定的准确度。
[0051] 同时，本实施中提出的检定方法中，每个点数值都测量=次，最后采用加权平均的 方法得到实验结果，提高了数据的准确度，减小了偶发性因素带来的不确定度。由于增加测 量次数能够减小不确定度，但是会增加检定的时间，在实际应用中，应该根据实际情况来确 定检定的循环数。
[0052] 考虑到有可能出现的数据异常，对于得到的数据首先用30法则判定是否存在粗大 误差，在本例中没有发现粗大误差，由于每一组数据都具有一定的不确定度，其对最终结果 的影响应该和不确定度的大小相关，具体来说，和不确定度的平方成反比，因此采用对每一 个活塞有效面积采用加权平均值的方式来得出合成的活塞有效面积。
[0053] 经过中国计量院国家基准量传的0.01级标准活塞1有效面积A为0.1001643cm2,计 算可得本例中A '的算术平均值为0.100102cm2，加权平均值为:0.100099cm2。
[0054] 在进行新方法检定的同时，为了得到常规检定方法下的参考数据，在重复性的测 量条件下，使用起始平衡法检定得到的被检活塞有效面积为0.100099cm2。常规检定方法得 出的数据和使用新方法加权平均后的结果在小数点后6位完全一致，两种方法得到的结果 具有高度的一致性，说明使用新方法进行活塞有效面积的检定是完全可行的。
[0055] 进一步地，为说明本实用新型提出的检定装置检定活塞有效面积的方法的科学可 行性，通过测量计算不确定度进行评定，具体的评定过程如下：
[0056] 1.(测量方法)概述
[0057] 1.1测量依据:1化59-200^活塞式压力计》检定规程 [005引 1.2测量环境:溫度：（20±1)。(：；湿度：《80%。
[0化9] 1.3标准器及配套设备：
[0060] 0.01级活塞式压力计，巧慢范围：（1~60)MPa
[00W] 0.01级数字压力计(石英谐振），示值范围：（0~60)MPa
[00创 1.4被测对象:0.05级活塞式压力计，现慢范围：（1~60)MPa [006；3] 1.5测量过程：
[0064] 1)使用标准活塞式压力计检测数字压力计，每个检测点读数=次，数字压力计读 数平均值Pi为该检测点结果，如第一个检测点为Pi为lOMPa，最后一个检测点Ps为60MPa，检 巧1点间隔为lOMPa，设APi = Pw-Pi(其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3,4,5)。2) 使用被检活塞式压力计检测数字压力计，检测步骤同上，每个点读数使用与上一步骤相同 的破码，同样可得APl'=Pl'+l-Pl'（其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3,4,5)。 [00化]2.模型评定：
[0066] 依据测量方法，每个被检定压力点添加的破码质量完全相等，即：Ami= Ami'，而 Ami= APi*A，Am'i= APi'*A'，（其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3.,,)于是 建立如下数学模型：
[0067]
(1)
[0068] 式中：A'表示待检定活塞式压力计活塞的有效面积，单位cm2; A表示0.01级标准活 塞式压力计活塞的有效面积，单位cm2。设定：
则公式(1)变为：
[0069] A'=M (2)
[0070]由于A'、A、M之间独立不相关，得方差：
[0071 ] u2(a，）= c2(a) ? u2(a)+c2(m) ? u2(m) (3)
[0072]式中：C为灵敏系数，分别为c(A)=M;c(M)=A;
[007；3] 将(3)式左边除WA'2,右边除W(M)2,得
[0074] U^rel(A' ) =U^rel(A)+U^rel(M) (4)
[00对考虑活塞系统不垂直带来的影响Urel(Sl)，环境溫度的影响Urel(Ss)，贝化式可表示 为：
[0076] U^el(A')=U^rel(A)+U^rel(M)+U^el(5l)+U^rel(52) (5)
[0077] 3.不确定度来源分析
[0078] 3.1)输入量A引起的标准不确定度Urel(A)
[0079] 输入量A引起的标准不确定度主要来源是0.01级活塞压力计活塞有效面积误差引 起，采用B类方法评定。
[0080] 3.2)输入量M引起的标准不确定度Urel(M)
[0081] 输入量M引起的标准不确定度主要来源是重复性试验和分辨率其中较大者引起， 前者采用A类方法评定，后者采用B类方法评定。
[00剧 3.3)输入量Sl引起的标准不确定度Urel(Sl)
[0083] 输入量Si引起的标准不确定度主要来源是活塞安装轴线不垂直引起，采用B类方 法评定。
[0084] 3.4)输入量S2引起的标准不确定度Urel(Ss)
[0085] 输入量S2引起的标准不确定度主要来源是环境溫度变化引起，采用B类方法评定。
[0086] 4.标准不确定度评定
[0087] 4.1)输入量A引起的标准不确定度Urel(A)
[0088] 本项来源于0.0 l级活塞有效面积带来的影响，允许偏差为±0.006%。服从正态分 布，k = 3，故标准不确定度
[0089] 4.2)输入量M引起的标准不确定度Urel(M)
[0090] 本项来源于重复性测量，M的5次计算结果及相对不确定度分别为：0.999583, 0.013% ;0.999234，0.012% ;0.999433，0.008% ;0.999367'0.008%;0.999267'0.006%; 加权算术平均值游的实验标准偏差Si按下式计算；
其中m = 5，ti为i 次测量结果的权，与相对不确定度平方成反比，计算可得Si = 0.005%。数字压力计分辨率 引入的不确定度分量计算:S2 = 0.298/10 = 0.0029%，S2<si,卯Jsm= Si = 0.00 5%。
[0091] 4.3)输入量Sl引起的标准不确定度Urel(Sl)
[0092] 本项为活塞系统不垂直带来的影响，允许不垂直度为5 >
服从均匀分布，/；，= ，故相对标准不确定度
[0093] 4.4)输入量52引起的标准不确定度化61他）
[0094] 由于一个测量程序会在Ih内完成，实验室条件能保证在一个测量程序时间内溫度 的变化量微乎其微。因此溫度变化引入的不确定度分量可W忽略。
[0095] 5.被测量(或输出量)的合成标准不确定度的评定
[0096] 表3标准不确定度分量均匀分布一览表
[0097]
[0098] 因测量各量独立不相关，则合成不确定度为：
[0099]
[0100] 6.扩展不确定度
[0101] 测量范围（1~60)M化，0.01级活塞式压力计检定0.05级活塞式压力计为:Urei = kurel = 0.011% ,k = 2〇
[0102] 由此可见，本实用新型提出的检定装置进行0.05级活塞有效面积检定，扩展不确 定度为0.Ol %，满足规程要求的量传比要求。
[0103] 相比于现有技术，本实用新型通过将标准活塞、待检定活塞和数字压力计装载在 同一活塞式压力计系统上，并在标准活塞和待检定活塞上加减相同质量的破码，使放置在 标准活塞和待检定活塞上的破码的增量相同，进而只需通过数字压力计获得对应地标准活 塞和待检定活塞的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，不需要判断两活塞 是否同时达到动态平衡，也不需要加减小破码，使得普通工作人员即可完成对活塞是压力 计有效面积的检定，简单实用，大大提高了工作效率。
[0104] 本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱 离本实用新型的精神和范围，倘若运些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术 范围之内，则本实用新型也意图包含运些改动和变形。
【主权项】
1. 一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于：由标准活塞、数字压力 计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个砝码组成;所述标准活塞和待检定活塞装载在活 塞式压力计系统上;所述砝码放置在所述标准活塞或待检定活塞上;所述加压单元向所述 活塞式压力计系统加压;所述数字压力计装载在所述活塞式压力计系统上，以测量标准活 塞或待检定活塞所受的压力。2. 根据权利要求1所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:所述数 字压力计内的传感器为石英谐振压力传感器。3. 根据权利要求2所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:还包括 预压单元，所述预压单元设置在所述活塞式压力计系统上。4. 根据权利要求3所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:所述活 塞检定装置上设有分别与所述标准活塞、待检定活塞、数字压力计、预压单元和加压单元连 通的标准活塞阀门、待检定活塞阀门、数字压力计阀门、预压单元阀门和加压单元阀门。
【文档编号】G01L27/00GK205719399SQ201521018226
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】曾麟, 周四清, 龙彦韬, 莫晓山, 吴双双, 胡匡生, 熊知明, 李银轩, 罗建明, 刘源
【申请人】湖南省计量检测研究院
【专利摘要】本实用新型公开了一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，包括标准活塞、数字压力计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个砝码；所述标准活塞和待检定活塞装载在活塞式压力计系统上；所述砝码放置在所述标准活塞或待检定活塞上；所述加压单元向所述活塞式压力计系统加压；所述数字压力计装载在所述活塞式压力计系统上，以测量标准活塞或待检定活塞所受的压力。本实用新型通过在标准活塞和待检定活塞上加减相同增量的砝码，进而获得对应的标准活塞和待检定活塞的压力的增量，从而获得活塞式压力计活塞的有效面积，不需要反复加减小砝码，极大提高了工作效率。
【专利说明】
-种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及计量检定领域，尤其设及一种活塞式压力计活塞有效面积的检定 装置。
【背景技术】
[0002] 活塞式压力计作为压力计量量值传递的标准计量器具，具有准确度等级高、稳定 性好、测量范围宽等优点。基于上述优点，法定计量检定机构一般都将活塞式压力计作为社 会公用计量标准，在行政范围内开展法定的量值传递工作;而一般的企事业单位也会选择 活塞式压力计作为本单位的最高压力计量标准，在本单位内开展量值传递工作。按照计量 法的要求，W上两种性质的活塞式压力计标准器都属于强制检定的计量器具，所W，活塞式 压力计量值的准确、有效溯源十分重要。
[0003] 根据质检总局的要求，活塞式压力计的量值溯源方式需依据国家计量检定规程 JJG59-2007进行检定;该规程基于Rl 101994化)《活塞压力计》国际建议制定，将活塞式压力 计的有效面积的检定作为量值溯源的关键步骤。目前，现有的活塞有效面积检定方法通常 采用直接平衡法或起始平衡法。运两种方法本质相同，都是将待检定活塞和标准活塞同时 装载或者通过管道连接在同一检定系统上，分别在待检定活塞和标准活塞上加减破码，使 待检定活塞和标准活塞上受到的压力(强)相等W达到动态平衡，获得动态平衡状态下放置 在待检定活塞和标准活塞上的破码质量，已知标准活塞的有效面积(溯源至更高的标准）； 最后根据公式计算获得待检定活塞式压力计的活塞有效面积。
[0004] 采用直接平衡法或起始平衡法检定活塞式压力计活塞有效面积的公式原理如下：
[0005] 活塞式压力计活塞有效面积检定的基本公式如下：
[0006]
[0007]其中，A:活塞式压力计的有效面积;m:平衡时破码质量;g:重力加速度;P:平衡时 施加在活塞式压力计上的压力；
[000引由于在待检定活塞和标准活塞上施加的压力相等，即P = P'；因此当待检定活塞和 标准活塞达到动态平衡状态时，可得到公式如下：
[0009]
[0010] 进一步推导，可获得待检定活塞式压力计的活塞的有效面积公式如下：
[0011]
[0012] 其中，A，A'：表示标准活塞和待检定活塞的有效面积;m，m'：表示达到动态平衡时， 分别加在标准活塞和待检定活塞上的破码质量;P，P'：表示达到动态平衡时，标准活塞和待 检定活塞分别承受的压力。
[0013] 最后，通过获得动态平衡状态下标准活塞和待检定活塞上所加破码质量和标准活 塞的有效面积，再根据上述公式即可计算获得待检定活塞式压力计的有效面积。
[0014] 但是，采用直接平衡法或起始平衡法对活塞式压力计活塞有效面积检定时，操作 难度大，并且对检定人员的要求较高。因为采用直接平衡法或起始平衡法检定时，在检定过 程中最重要的步骤是使标准活塞和待检定活塞达到动态平衡，即使p=p'，而活塞式压力计 的灵敏度很高，为达到动态平衡需要多次加减小破码，且需要反复调整，费时费力，工作效 率不高;并且在运加减破码的过程中，标准活塞和待检定活塞还要保持各自工作的位置，均 W(30-60)r/min的速度转动，运就大大增加了操作的难度。此外，也是十分重要的一点，活 塞达到动态平衡时可能W-定的速度下降，运需要检定员依据经验和知识来进行判断，稍 有疏忽就有可能造成计算结果与实际有较大偏差。 【实用新型内容】
[0015] 本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种不需要加减小破码、简单 实用、提高工作效率，能实现对活塞式压力计活塞有效面积进行检定的装置。
[0016] 本实用新型是通过W下技术方案实现的：一种活塞式压力计活塞有效面积的检定 装置，包括标准活塞、数字压力计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个破码;所述标准活 塞和待检定活塞装载在活塞式压力计系统上;所述破码放置在所述标准活塞或待检定活塞 上;所述加压单元向所述活塞式压力计系统加压;所述数字压力计装载在所述活塞式压力 计系统上，W测量标准活塞或待检定活塞所受的压力。
[0017] 相比于现有技术，本实用新型通过将标准活塞、待检定活塞和数字压力计装载在 同一活塞式压力计系统上，并在标准活塞和待检定活塞上加减相同质量的破码，使放置在 标准活塞和待检定活塞上的破码的增量相同，进而只需通过数字压力计获得对应地标准活 塞和待检定活塞的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，不需要判断两活塞 是否同时达到平衡，也不需要加减小破码，使得普通工作人员即可完成对活塞是压力计有 效面积的检定，简单实用，大大提高了工作效率。
[0018] 进一步地，还包括一数据采集处理单元;所述数字采集处理单元与所述数字压力 计连接并接收所述数字压力计传送的压力信号。
[0019] 进一步地，所述数字压力计内的传感器为石英谐振压力传感器。
[0020] 为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 请参阅图1，其是本实用新型活塞式压力计活塞有效面积的检定装置的结构示意 图。该活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，包括标准活塞1、活塞式压力计系统2、预压 单元3、加压单元4、若干个破码5、数字压力计6和数据采集处理单元7。
[0023] 所述标准活塞1和待检定活塞8装载在所述活塞式压力计系统2上。所述预压单元3 和加压单元4向所述活塞式压力计系统巧日压，W对所述标准活塞1或待检定活塞8施压。所 述破码5放置在所述标准活塞1或待检定活塞8上，W使所述标准活塞1或待检定活塞8处于 工作位置并保持一定的速度顺时针旋转，进而使所述标准活塞I或待检定活塞8达到平衡。 所述数字压力计6装载在所述活塞式压力计系统2上，并将测量的标准活塞1或待检定活塞8 所受的压力信号传送到所述数字采集处理单元7。
[0024] 所述活塞式压力计系统2上设有分别与所述标准活塞1、待检定活塞8、数字压力计 6、预压单元3和加压单元4连通的标准活塞阀口 21、待检定活塞阀口 22、数字压力计阀口 23、 预压单元阀口 24和加压单元阀口 25。
[0025] 本实施例中，所述数字压力计6内的传感器为石英谐振压力传感器。石英谐振压力 传感器具备优良的年稳定性和极高的线性度和重复性，尤其是在一定的测量范围内误差 小，能够实现读数精度，堪比相同精度的活塞式压力计。
[0026] 本实用新型中，所述活塞式压力计系统内使用的造压介质为液体或者气体，分别 对应于活塞式压力计系统和气体活塞式压力计系统，本实用新型将运两个系统统称为活塞 式压力计系统。
[0027] 本实用新型提出的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，待检定活塞8和标准 活塞1可W不必同时安装在活塞式压力计系统2上，因为待检定活塞8和标准活塞1的检定时 独立检定的，只需要确保加载在待检定活塞8和标准活塞1上的破码的质量的增量相同即 可。
[0028] 下面先介绍本实用新型提出的检定装置用来检定活塞式压力计活塞有效面积的 基本原理：
[0029] 根据活塞式压力计活塞有效面积检定的基本公式.
可知，当在活塞上加减 的破码5增量发生变化时，相应地施加在活塞上的压力的增量也会成比例地发生变化。因 此，活塞式压力计活塞有效面积的基本公式可转换为：
[0030]
[0031] 也就是说，在标准活塞1和待检定活塞8上分别加减相同质量的破码5(同一套破码 5)，使放置在标准活塞1和待检定活塞8上的破码的增量相同，通过获得对应地标准活塞1和 待检定活塞8的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，即上述公式可W进一步 推导得到如下公式：
[0032]
[0033] 进而可W获得活塞式压力计活塞有效面积的计算公式如下：
[0034]
[0035] 上述公式中，AP，AP'：表示加减破码5前后，标准活塞1和待检定活塞8压力的增 量;A，A'：表示标准活塞1和待检定活塞8的有效面积。
[0036] 下面介绍本实用新型提出的检定装置用来检定活塞式压力计活塞有效面积的步 骤，具体步骤如下：
[0037] 步骤SI:在标准活塞1上加减破码5,记录加减的破码5质量的增量，对应地获得标 准活塞1达到平衡时所受的压力的增量AP;
[0038] 具体的，将标准活塞I、数字压力计6和待检定活塞8装载在一活塞式压力计系统2 上，在活塞式压力计系统2上设置一预压单元3和加压单元4;在数字压力计6上连接一数据 采集处理单元7。
[0039] 打开标准活塞阀口 21、数字压力计阀口 23、预压单元阀口 24和加压单元阀口 25,关 闭待检定活塞阀口 22。对第一个压力点进行检定时，在标准活塞1上加入与第一个被检定压 力点相对应质量的破码5,通过预压单元3先向活塞式压力计系统2手动加压，待手感受到活 塞式压力计系统2内已有一定压力时，用加压单元4加压，使活塞上升至工作位置。同时转动 破码5,使标准活塞1达到平衡并W(30-60)r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单 元7获得此时标准活塞1所受的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5的质量。待第一个 检定压力点检定完成后，在活塞上加放与第二个被检定压力点相对应的破码，重复检定第 一个检定点的步骤，使活塞达到同一工作位置；同时转动破码5,使标准活塞1达到平衡并W (30-60 );r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单元7获得此时标准活塞1压力计所受 的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5质量;进而获得标准活塞1在第一个检定压力点 与第二个检定压力点所受的压力增量AP，计算标准活塞1在第一个检定压力点和第二个检 定压力点检定时放置的破码5的质量增量Am。W此类推，分别对其他待检定压力点进行测 量和记录。
[0040] 步骤S2:按照步骤Sl的方法，在待检定活塞8上加减破码5,使在待检定活塞8加减 的破码质量的增量与标准活塞1上加减的破码质量的增量相等;获得待检定活塞8达到平衡 时所受的压力的增量AP'；要保证破码的添加顺序和步骤Sl完全相同，因为不同的破码质 量可能会有差别。
[0041] 具体的，关闭标准活塞阀口21，打开待检定活塞阀口22、数字压力计阀口23、预压 单元阀口 24和加压单元阀口 25。在待检定活塞8上加入与标准活塞1的第一个被检定压力点 相对应质量的破码5,通过预压单元3先向活塞式压力计系统2手动加压，待手感受到活塞式 压力计系统2内已有一定压力时，用加压单元4加压，使活塞上升至工作位置。使标准活塞1 达到平衡并W(30-60)r/min的速度顺时针转动，通过数据采集处理单元7获得此时标准活 塞1所受的压力，记录此时加在标准活塞1上的破码5的质量。待第一个检定压力点检定完成 后，开始对第二个检定点进行检定，在活塞式压力计系统2上增加Am'质量的破码5,使得待 检定活塞8加减破码5的增量与标准活塞1上加减破码的增量相等，即Am' = Am。通过数据 采集处理单元7获得此时待检定活塞8压力计所受的压力，进而获得待检定活塞8的第一个 检定压力点和第二检定压力点所受的压力增量AP'。W此类推，分别对其他待检定压力点 进行测量和记录。
[0042] 步骤S3:获得标准活塞1的有效面积A;并根据公式计算获得待检定活塞的有效面 积，活塞式压力计活塞有效面积的计算公式如下：
[0043]
[0044] 上述公式中，AP，AP' ：分别表示标准活塞1和待检定活塞8所受的压力的增量;A， A'：分别表示标准活塞1和待检定活塞8的有效面积。
[0045] 具体实例中，检定环境满足检定规程JJG 59-2007的要求，标准活塞1为测量范围 为（1~60)MPa准确度等级为0.01级的活塞式压力计，被检活塞为0.05级的相同测量范围活 塞式压力计，使用石英谐振压力传感器的数字压力计6为准确度等级为0.01级，年稳定性优 于0.005%。根据W上方法计算和测得的数据参照表1活塞有效面积检定原始数据和表2活 塞有效面积检定计算结果，如下：
[0046] 表1活塞有效面积检定原始数据
[0047]
[0(
[0(
[0050]由表1和表2可知，本实施例中提出的检定方法中，用相邻检定点压力示值之差代 替示值。而由于标准W及被检活塞的活塞连接杆质量不同，因此第一个检测点的破码质量 不相同，于是将其作为检测的起始点，后续检测中，每一个标准活塞W及待检定活塞，检测 点的破码增量相同。而用常规的检定方法进行活塞有效面积检定，必须考虑标准器W及被 检活塞使用两套破码而引入的不确定度，而本实施例中提出的检定方法得到每个点的数值 用的都是同一破码，不需要考虑破码引入的不确定度，进而提高了检定的准确度。
[0051] 同时，本实施中提出的检定方法中，每个点数值都测量=次，最后采用加权平均的 方法得到实验结果，提高了数据的准确度，减小了偶发性因素带来的不确定度。由于增加测 量次数能够减小不确定度，但是会增加检定的时间，在实际应用中，应该根据实际情况来确 定检定的循环数。
[0052] 考虑到有可能出现的数据异常，对于得到的数据首先用30法则判定是否存在粗大 误差，在本例中没有发现粗大误差，由于每一组数据都具有一定的不确定度，其对最终结果 的影响应该和不确定度的大小相关，具体来说，和不确定度的平方成反比，因此采用对每一 个活塞有效面积采用加权平均值的方式来得出合成的活塞有效面积。
[0053] 经过中国计量院国家基准量传的0.01级标准活塞1有效面积A为0.1001643cm2,计 算可得本例中A '的算术平均值为0.100102cm2，加权平均值为:0.100099cm2。
[0054] 在进行新方法检定的同时，为了得到常规检定方法下的参考数据，在重复性的测 量条件下，使用起始平衡法检定得到的被检活塞有效面积为0.100099cm2。常规检定方法得 出的数据和使用新方法加权平均后的结果在小数点后6位完全一致，两种方法得到的结果 具有高度的一致性，说明使用新方法进行活塞有效面积的检定是完全可行的。
[0055] 进一步地，为说明本实用新型提出的检定装置检定活塞有效面积的方法的科学可 行性，通过测量计算不确定度进行评定，具体的评定过程如下：
[0056] 1.(测量方法)概述
[0057] 1.1测量依据:1化59-200^活塞式压力计》检定规程 [005引 1.2测量环境:溫度：（20±1)。(：；湿度：《80%。
[0化9] 1.3标准器及配套设备：
[0060] 0.01级活塞式压力计，巧慢范围：（1~60)MPa
[00W] 0.01级数字压力计(石英谐振），示值范围：（0~60)MPa
[00创 1.4被测对象:0.05级活塞式压力计，现慢范围：（1~60)MPa [006；3] 1.5测量过程：
[0064] 1)使用标准活塞式压力计检测数字压力计，每个检测点读数=次，数字压力计读 数平均值Pi为该检测点结果，如第一个检测点为Pi为lOMPa，最后一个检测点Ps为60MPa，检 巧1点间隔为lOMPa，设APi = Pw-Pi(其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3,4,5)。2) 使用被检活塞式压力计检测数字压力计，检测步骤同上，每个点读数使用与上一步骤相同 的破码，同样可得APl'=Pl'+l-Pl'（其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3,4,5)。 [00化]2.模型评定：
[0066] 依据测量方法，每个被检定压力点添加的破码质量完全相等，即：Ami= Ami'，而 Ami= APi*A，Am'i= APi'*A'，（其中i表示第i个相邻被检定压力点，i = l，2,3.,,)于是 建立如下数学模型：
[0067]
(1)
[0068] 式中：A'表示待检定活塞式压力计活塞的有效面积，单位cm2; A表示0.01级标准活 塞式压力计活塞的有效面积，单位cm2。设定：
则公式(1)变为：
[0069] A'=M (2)
[0070]由于A'、A、M之间独立不相关，得方差：
[0071 ] u2(a，）= c2(a) ? u2(a)+c2(m) ? u2(m) (3)
[0072]式中：C为灵敏系数，分别为c(A)=M;c(M)=A;
[007；3] 将(3)式左边除WA'2,右边除W(M)2,得
[0074] U^rel(A' ) =U^rel(A)+U^rel(M) (4)
[00对考虑活塞系统不垂直带来的影响Urel(Sl)，环境溫度的影响Urel(Ss)，贝化式可表示 为：
[0076] U^el(A')=U^rel(A)+U^rel(M)+U^el(5l)+U^rel(52) (5)
[0077] 3.不确定度来源分析
[0078] 3.1)输入量A引起的标准不确定度Urel(A)
[0079] 输入量A引起的标准不确定度主要来源是0.01级活塞压力计活塞有效面积误差引 起，采用B类方法评定。
[0080] 3.2)输入量M引起的标准不确定度Urel(M)
[0081] 输入量M引起的标准不确定度主要来源是重复性试验和分辨率其中较大者引起， 前者采用A类方法评定，后者采用B类方法评定。
[00剧 3.3)输入量Sl引起的标准不确定度Urel(Sl)
[0083] 输入量Si引起的标准不确定度主要来源是活塞安装轴线不垂直引起，采用B类方 法评定。
[0084] 3.4)输入量S2引起的标准不确定度Urel(Ss)
[0085] 输入量S2引起的标准不确定度主要来源是环境溫度变化引起，采用B类方法评定。
[0086] 4.标准不确定度评定
[0087] 4.1)输入量A引起的标准不确定度Urel(A)
[0088] 本项来源于0.0 l级活塞有效面积带来的影响，允许偏差为±0.006%。服从正态分 布，k = 3，故标准不确定度
[0089] 4.2)输入量M引起的标准不确定度Urel(M)
[0090] 本项来源于重复性测量，M的5次计算结果及相对不确定度分别为：0.999583, 0.013% ;0.999234，0.012% ;0.999433，0.008% ;0.999367'0.008%;0.999267'0.006%; 加权算术平均值游的实验标准偏差Si按下式计算；
其中m = 5，ti为i 次测量结果的权，与相对不确定度平方成反比，计算可得Si = 0.005%。数字压力计分辨率 引入的不确定度分量计算:S2 = 0.298/10 = 0.0029%，S2<si,卯Jsm= Si = 0.00 5%。
[0091] 4.3)输入量Sl引起的标准不确定度Urel(Sl)
[0092] 本项为活塞系统不垂直带来的影响，允许不垂直度为5 >
服从均匀分布，/；，= ，故相对标准不确定度
[0093] 4.4)输入量52引起的标准不确定度化61他）
[0094] 由于一个测量程序会在Ih内完成，实验室条件能保证在一个测量程序时间内溫度 的变化量微乎其微。因此溫度变化引入的不确定度分量可W忽略。
[0095] 5.被测量(或输出量)的合成标准不确定度的评定
[0096] 表3标准不确定度分量均匀分布一览表
[0097]
[0098] 因测量各量独立不相关，则合成不确定度为：
[0099]
[0100] 6.扩展不确定度
[0101] 测量范围（1~60)M化，0.01级活塞式压力计检定0.05级活塞式压力计为:Urei = kurel = 0.011% ,k = 2〇
[0102] 由此可见，本实用新型提出的检定装置进行0.05级活塞有效面积检定，扩展不确 定度为0.Ol %，满足规程要求的量传比要求。
[0103] 相比于现有技术，本实用新型通过将标准活塞、待检定活塞和数字压力计装载在 同一活塞式压力计系统上，并在标准活塞和待检定活塞上加减相同质量的破码，使放置在 标准活塞和待检定活塞上的破码的增量相同，进而只需通过数字压力计获得对应地标准活 塞和待检定活塞的压力的增量，就可获得活塞式压力计活塞有效面积，不需要判断两活塞 是否同时达到动态平衡，也不需要加减小破码，使得普通工作人员即可完成对活塞是压力 计有效面积的检定，简单实用，大大提高了工作效率。
[0104] 本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱 离本实用新型的精神和范围，倘若运些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术 范围之内，则本实用新型也意图包含运些改动和变形。
【主权项】
1. 一种活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于：由标准活塞、数字压力 计、加压单元、活塞式压力计系统和若干个砝码组成;所述标准活塞和待检定活塞装载在活 塞式压力计系统上;所述砝码放置在所述标准活塞或待检定活塞上;所述加压单元向所述 活塞式压力计系统加压;所述数字压力计装载在所述活塞式压力计系统上，以测量标准活 塞或待检定活塞所受的压力。2. 根据权利要求1所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:所述数 字压力计内的传感器为石英谐振压力传感器。3. 根据权利要求2所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:还包括 预压单元，所述预压单元设置在所述活塞式压力计系统上。4. 根据权利要求3所述的活塞式压力计活塞有效面积的检定装置，其特征在于:所述活 塞检定装置上设有分别与所述标准活塞、待检定活塞、数字压力计、预压单元和加压单元连 通的标准活塞阀门、待检定活塞阀门、数字压力计阀门、预压单元阀门和加压单元阀门。
【文档编号】G01L27/00GK205719399SQ201521018226
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】曾麟, 周四清, 龙彦韬, 莫晓山, 吴双双, 胡匡生, 熊知明, 李银轩, 罗建明, 刘源
【申请人】湖南省计量检测研究院
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