關(guān)于活塞*砝碼質(zhì)量計算公式的探討：

摘要

活塞式壓力計是重要的標準壓力計量器具?；钊?砝碼質(zhì)量的*與否，是衡量活塞式壓力計的重指標。JJG59-2~7(活塞式壓力計》中活塞*砝碼的計算公式存在缺陷，導致壓力的量值傳遞出現不必要的偏差。

0引言活塞式壓力計是利用砝碼產(chǎn)生的重力與測量壓力相平衡的原理，進(jìn)行壓力測量的計量標準器具?；钊綁毫τ嫷幕钊到y是由活塞桿、活塞筒組成的測壓部件。由于其具有結構簡(jiǎn)單、性能穩定、*度*且測量范圍寬的特點(diǎn)，使得活塞式壓力計應用廣泛，在量值傳遞中占有非常重要的地位。

1*砝碼的計算公式存在缺陷的分析與驗證

活塞式壓力計工作原理的數學(xué)表達式為：P=式中：p為活塞式壓力計*產(chǎn)生壓力值，Pa；S為活塞有效面積，m；m為*砝碼質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m／s。從上式可以看出，活塞式壓力計的*砝碼質(zhì)量、重力加速度和活塞有效面積，共同影響著(zhù)活塞式壓力計的量值。2007年6月，*質(zhì)量*檢驗檢疫總*發(fā)布了JJG59_2007《活塞式壓力計》檢定規程，代替原有的JJG727—1991、JJG129-1990和JJG59—1990三個(gè)規程。通過(guò)2年的工作實(shí)踐，發(fā)現新規程中活塞*砝碼計算公式存在缺陷。

1.1*砝碼計算公式缺陷的分析JJG59_2007中，規定測量上限大于25MPa的活塞式壓力計，測量壓力量值時(shí)，*砝碼質(zhì)量按式(1)計算：m，=f、1+P，1[1+(2j*1)p(1)式中：m，為按次序加載的第塊砝碼的質(zhì)量，kg；p，為在參考溫度和標準重力加速度下，加載的第_『塊砝碼產(chǎn)生的壓力值，Pa；為在零壓力和參考溫度下，被檢活塞式壓力計活塞有效面積，113_；g為使用地點(diǎn)重力加速度，m／s；P為周?chē)諝饷芏龋?/span>kg／m；P為砝碼材料的密度，kg／m；為活塞與活塞筒組件的壓力變形系數，Pa～。從式(1)可以看出：決定砝碼質(zhì)量的參數，代表砝碼的個(gè)數?！吨腥A人民共和國依法管理計量器具目錄(型式批準部分)》中規定，活塞式壓力計可不進(jìn)行型式批準，活塞*砝碼的規格及數量完全由生產(chǎn)廠(chǎng)家自行決定。不同廠(chǎng)家生產(chǎn)同量程的活塞式壓力計時(shí)，*砝碼的數量與規格不盡相同，可能使得同樣量程的兩臺活塞式壓力計，**因為*砝碼質(zhì)量不同，導致在壓力量值傳遞時(shí)出現偏差。

1.2*砝碼計算公式缺陷的例證量程為250MPa的活塞式壓力計，可以制造成底盤(pán)5MPa，外加5MPa的砝碼1塊，IOMPa砝碼24塊，砝碼產(chǎn)生壓力值總和250MPa(5×1+5×1+10×24=250)；也可以制造成底盤(pán)5MPa，外加5MPa砝碼1塊，IOMPa砝碼2塊，20MPa砝碼11塊，產(chǎn)生壓力值總和250MPa(5×1+5×1+10×2+20x11=250)。同樣的活塞式壓力計*因為砝碼的規格不同，就使得*后*塊砝碼質(zhì)量參數．，從24變成了11。下面例舉兩組數據，通過(guò)計算分析該變化對實(shí)際測量帶來(lái)的影響。*臺250MPa的活塞式壓力計的活塞有效面積為4，n=0．05cm，北京市地區重力加速度g=9．8015m／s，空氣密度和砝碼密度分別選用規程給出的參考值P。=1．2kg／m，P=7800kg／in(鐵的密度)?？紤]到目前大部分活塞桿與活塞簡(jiǎn)的材料為碳化鎢，根據規程附錄A計算，=7X10(如使用鋼或銅等，變形系數更大的材料，則會(huì )帶來(lái)更大的計算誤差)。計算可以得出兩組數據，如表1*示。由表1可知，兩套砝碼的總質(zhì)量差為0．0031kg，其相對誤差表示為：I125．0207—125．0176I÷125．02O．003％由此可以得出結論：上述兩套砝碼*由于排列的不同，計算質(zhì)量就相差0．003％。這*誤差已經(jīng)不能滿(mǎn)足0．01級活塞式壓力計對砝碼質(zhì)量*度要求。

2問(wèn)題產(chǎn)生的原因與解決辦法

2.1問(wèn)題產(chǎn)生的原在JJG129*l990《*等標準活塞式壓力計》的附錄1中，有*個(gè)與式(1)十分相似的簡(jiǎn)化計算公式：m=gf＼l+p1，(1+2tipn)(2)式中：m為*砝碼質(zhì)量，kg；P為測量壓力值，為l0『Pa的壓力；A為活塞有效面積，m；g為使用地點(diǎn)重力加速度，m／s；P。為周?chē)諝饷芏龋?/span>kg／m；P為砝碼材料的密度，kg／m；為變形系數(作用壓力每變化1Pa時(shí)*引起活塞有效面積相應變化值)，Pa～；n為*砝碼順序編號(=1，2，…，24)。式(2)中變量與式(1)中的作用類(lèi)似。但是使用式(2)時(shí)，變量n有明確的規范，這樣就保證活塞*砝碼質(zhì)量相同。JJG59007《活塞式壓力計》中，沒(méi)有明確使用式(1)時(shí)的限制條件。

2.2解決辦法的探討式(1)帶來(lái)的計算誤差，產(chǎn)生于檢定合格后的計算階段。那么該誤差完全可以通過(guò)對計算公式的完善來(lái)避免。讓我們來(lái)看看JJG129-1990(*等標準活塞式壓力計》正文里的砝碼計算公式：=A?！?/span>p。*(1+)[1+(p+)](3)式中：m為壓力增加量相應的*砝碼質(zhì)量，kg；A為*等壓力計活塞有效面積，m；p為測量壓力的初始壓力(任意壓力)，Pa；ap為測量壓力與初始壓力之差(壓力增加量)，Pa；g為使用地點(diǎn)重力加速度，m／s；P為周?chē)諝饷芏龋?/span>kg／m；P為砝碼材料的密度，kg／m；為變形系數(作用壓力每變化1Pa時(shí)*引起活塞有效面積相應變化值)，Pa～。式(3)中沒(méi)有了砝碼編號．這*變量，取而代之的是△p與P兩個(gè)變量。這樣每塊砝碼的質(zhì)量修正值與砝碼的編號不再相關(guān)，而是與砝碼需要產(chǎn)生的壓力值和放置該砝碼之前已有的壓力值總和這兩個(gè)參數有關(guān)。式(3)需要每次計算砝碼的累積質(zhì)量，雖然計算起來(lái)比式(1)繁瑣，但是它能保證不同規格的活塞式壓力計之間，*砝碼質(zhì)量的*致性。下面通過(guò)數據分析該變化對實(shí)際測量帶來(lái)的影響(計算公式改變外，其余條件與前次活塞砝碼計算相同)。經(jīng)過(guò)計算可以得出兩組數據，如表2*示。由表2可知，兩套砝碼的總質(zhì)量差為0．0000kg其相對誤差表示為：『125．0224—125．0224I÷125．02=0．000％由此可以得出結論：用式(3)進(jìn)行計算的兩套砝碼質(zhì)量完全相同。不論生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)怎樣規格的活塞*砝碼，都可以保證其質(zhì)量相同。

3結束語(yǔ)

為了保證壓力量值傳遞的*，建議盡快對現行規程進(jìn)行修訂，消除公式計算給量值傳遞帶來(lái)的偏差。