测量气体活塞式压力计有效面积时气柱差的误差分析
0.02级活塞式压力计活塞有效面积测量值的不确定度评定
Ｏ ． 级 活 塞 式压 力计 活 塞 有效 面 积测 量 值 的不确 定 度 评 定
刘 浩
（ 常州市计量测试技术研究所 ， 江苏 常州 ２ １ ３ ０ ０ １ ）
摘 要： 本文主要 以０ ． ０ ２级标准活塞式压力 计活塞有效 面积的测量方法 为对象 ， 确定测量模型 ， 通过系统分析其 测量值 的不确 定度分量来 源， 给出 了测量
４ 标 准不确 定 度评定
不 确定度 评 定 对 象 ： ０ ． ０ ２级 活 塞 式 压 力 计 ， 测 量 范
围为 （ ０ ． １～ ６ ） ＭＰ ａ ， ， 活塞 有效 面积 名义 值 为 ０ ． ５ ｃ ｍ 。 。
积 的测 量 。将被 测压 力计 活 塞系 统与 标准 活塞 系统 及造 压装 置 相连 接 ， 挂置一定的砝码后 ， 施 加 相 同 的压 力 源 ， 当两个 活塞 在工 作位 置 达 到 平 衡 时 ， 活 塞 在 活 塞筒 内可 以垂直 上下 自由运 动或转 动 ， 这 时产 生 的压 力 相等 ， 即 可 通 过上 级证 书传 递 的标 准活 塞面 积计算 得 到被 测压 力计
±０ ． ０ ０８％ 。
３ 灵敏 系数 测 量模 型 ： Ａ 被＝ Ａ 标
… 标
灵 敏系数 ： ｃ ＾ 标＝Ｏ Ａ 被 ／ Ｏ Ａ 标＝ｍ被 ／ ｍ标＝ １
Ｃ ｍ 被 ＝ａ Ａ被／ａ ， 被 ＝Ａ标／ ， 扎 标 ＝１ ． ７ ×１ ０一 ｛ ３ ｍ ／ｇ
ｃ
ｅ ｌ Ｔ ｌ ／ｇ
《 ｒ 计量与澍试技术》 ２ ０ １ ７丰第４ ４墓ａ ｔ ６期
定规 程 ， ０ ． ０ ０ ５级 活 塞 式 压 力 计 有 效 面 积 最 大 允 许 示 值 误差 为 ±０ ． ０ ０ ３ ％， 因 此采 用标 准不 确 定 度 的 Ｂ类 方 法
活塞式压力计误差研究
它生压 ｐ ＝ （ ） 产的力＝ 警 １ －
ｇ（ ———————— ｈ ｂ １ ■——一
＋
式 中 ， 。 ６称 为活 塞系统 的线 膨 胀 系数 。 由 ａ ＝ａ ＋ａ ，
此 引起 的活塞有效 面积 的相对 误差 为 ＝ （ 一￡） ￡ ０
一
９．０ ６ １ ．０ ６ ｏ２ ８ ６ ５Ｘ（ —０ ０ ２ ５Ｘｃ ｓ ￣）
Ｐ ： — ｇ ￣ Ｍ ｈ
＝
由于重 力加速 度 的影 响而 产生 的误差 为
△ ｐ＝ ｍ ＝（ ＿１跏 ）
一
时 ， 以忽略 温度 的影 响 。 可
４ 空气浮 力 的影响
相对 误 差为垒 ：一ｔ Ｓ ２ 活塞 有效面 积 的影 响
由于 ， 如果 按检定 规程要 求 ， 活 塞 的砝码 进 行质 量 对
ｐ＝
由于 ｄ ／ ｈ与 ｈ同量级 ， 忽 略高 阶 小量 的情 况 下 ｂｄ 在
式（ ４—２） ７可写成
ｔｅ ÷（ｄ —ｄ ） ｂ ｔ ． Ｙ ２ ｂ ｈ
． ） ０
警
根据 国 际法 制计 量 组织 的建 议 ， 活塞 初 始 有 效 面 积
的不确定 度允许 为其 综合不 确定度 的 ５ ％。 ０
Ｓ ＝Ｓｏ１ １ ｔ ｏ ｊ ＋ａ （ —ｔ） ｌ
力 计 的测量 准确 度有 一定 的影 响。
１ 重 力加 速度 的影 响
地球上 各地 的重 力 加 速度 各 不相 同 ， 同质量 的砝 相 码 和活塞连 接件 在不 同的地 点具 有不 同 的重力 。是 由于 各地 区 的还 将把 高度 ｈ 地 理 纬度 不相 同导致 重力 加 、 速度 ｇＯ 同 ， 对 新 购 置 的 压 力计 必须 进行 重 力 加 速 ｈ不 故 度 的修正计 算公 式 为
活塞式压力计常见故障排除方法
活塞式压力计常见故障排除方法
活塞式压力计是一种常见的测量流体压力的仪器。
但是，在使用过程中，也有可能会出现一些故障。
下面，我们将介绍一些常见的活塞式压力计故障，并提出相应的排除方法。
压力值不准确
如果活塞式压力计测量出的压力值不准确，有可能是以下几个原因：
1.未正确校准：在使用前，需要确保压力计已经正确校准过，如果校准
不准确，会导致测量结果错误。
2.零点漂移：长时间使用会导致零点漂移，此时需要重新校准。
解决方
法是在测量前先将压力计静止，使其处于零点状态。
3.过度应用压力：如果应用的压力超过压力计的量程，也会导致测量结
果不准确。
指针摆动不稳
当活塞式压力计的指针在测量过程中摆动不稳，有以下几个原因：
1.过度应用压力：在使用时不要超过压力计的量程，否则会导致指针摆
动不稳。
2.机械部件孔或表面损坏：使用后应该及时清洁机械部件，否则灰尘会
影响活塞的移动，从而导致指针摆动不稳。
3.机械部件粘合：因为机械部件在使用过程中容易受到高温或高压的影
响，导致部件粘合。
解决方法是将机械部件拆开清洁后重新安装。
感应干扰
活塞式压力计在使用时也可能会受到外部的感应干扰，导致测量结果不准确，如果遇到了这种情况，应该考虑以下几个方面：
1.避免电子噪声的干扰，可以将压力计和电子设备分开。
2.避免磁场的干扰，可以将压力计远离磁场。
3.避免机械震动和振动的干扰，可以将压力计固定好。
总结
以上是活塞式压力计常见的故障以及相应的排除方案。
在使用过程中，应该经常对压力计进行维护和校准，以确保测量结果的准确性。
0.01级气体活塞式压力计活塞有效面积测量不确定度的评定
186 军民两用技术与产品 2018·6（下）文章编号：1009-8119（2018）06（2）-0186-02引言气体活塞式压力计由于具有其特有的优点，使用已经日益广泛。
为了填补此项空白，2013年10月国家实施气体活塞式压力计检定规程，本文采用JJG1086-2013《气体活塞式压力计》检定规程进行评定。
1 测量方法采用精度为0.005级、量程为（-100～400）kPa 的标准器来校准一台精度为0.02级、量程为（-100～400）kPa 的活塞式压力计为例进行评定。
采取起始平衡法对0.02级活塞式压力计的活塞的有效面积的校准，即将被校0.02级活塞系统装于0.005级标准接口上，按规定调节好标准与被校活塞系统的垂直度，在校准时将0.005级标准的两套砝码按校准点标称压力分别加于0.005级标准和被校活塞系统承重盘上并加压至两活塞浮起在平衡点上，使活塞旋转消除静磨擦。
通过投影系统用加小砝码方法使两活塞系统保持起始平衡位置，从而测得0.005级标准和被校活塞的砝码质量比值。
通过有效面积比可计算出被校有效面积。
2 测量模型被检活塞有效面积；级标准活塞有效面积；加在被检活塞上（）及0.02级标准活塞（mp ）的砝码质量之比：引起的相对标准不确定度的影响，上式变为：3 气体活塞式压力计活塞有效面积测量不确定度评定3.1 0.005级标准活塞式压力计所引入的相对标准不确定度 ，用B类标准不确定度评定上一级传递给出的0.005级标准活塞有效面积相对扩展不确定度为，置信概率，k=1.96。
3.2 被校活塞式压力计测量重复性引入的相对标准不确定度用A 类标准不确定度评定。
本试验以校准一台标称活塞有效面积为2.002568cm 2的活塞来进行，重复测量6次，得到其平均值为2.002566cm 2。
具体数据见下表1。
根据贝塞尔计算公式，计算重复性引入的不确定度并转化成相对不确定度：3.3 加在0.01 级被校活塞压力计上砝码引入的相对标准不确定度，用B类不确定度评定0.005级标准活塞压力计配重砝码允许偏差为±0.001%，其最：3.4 环境温度影响引起的相对标准不确定度，用B类不确定度评定：，为被检活塞筒活塞名义面积，为温度偏差量。
活塞式压力计检定压力变送器示值误差的不确定度评定
（ １ ）
Ｐ 一压力变送器输入压力值 （ Ｐ ａ ） ；
Ｐ 一 压 力变送 器输 入压 力量 被测压力变送器示值标准不确定度 “ （ １ ） 压力 变送 器 电流输 出多次量 重复性 测量 引起 的标 准不确定度分量 （ ２ ） 数 字多用 表示值 误差 引入 的标 准不 确定 度 ５ ． ２ 压 力变送 器输 入压力 引入 的标 准不 确定 度 Ｕ （ １ ） 活塞式压力计准确度引入 的标 准不确定度分量 Ｕ ２ 】 （ ２ ） 活塞式压力计工作面与压力变送器感压面位置差 引入的不确定度分量 Ｕ
《 对量 与潮试技 术 １ ４羊 第４ １基第 ３期
活 塞 式 压 力 计 检 定 压 力 变 送 器 示 值 误 差 的 不 确 定 度 评 定
关卫 军 郭建 文 王爱 华
（ 陕西省计量科学研究院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要： 压力变送器使用越来越广泛 ， 针 对压力变送器的检定使用的标准器种类 比较多 ， 本文对使用活塞压力计检定压 力变 送器示值误差 的测 量结果 不确
６ 不确 定度分 量 的评定
０ 一压力变送器输 出起始值 （ ｍ Ａ ） 。
３ 灵 敏 系数
６ ． １ 压 力变送器输 出电流重 复测量 引入 的不 确定 度分 量
Ｕｌ ｌ
对（ １ ） 两边 求偏 导则 有
ｕ
２
。 ＝
（
＋ （ ） ２ ｕ ；
Ａ类 ， 根据以上检定方法检定 ３ 个循环 ， 测量示值误 差数 据如 表 ２ （ ｍ Ａ ） ：
压力 变送 器 是一种 将压 力变 量转换 为 电信 号输 出 的
仪表 ， 而且其输出信号与压力变量之间成线形函数关系。 压力 变送 器 在作 检定／ 校准 时采用 比较法 进行 。 １ ． ２ 校 准／ 检 定 信息 通过 实例 来 进行 分 析 ， 本 次测 量 所 使用 的标 准器 和
活塞式压力计的误差修正
『简单活塞式压力计的误差修正』简单活塞式压力计是由专用砝码直接作用在活塞上的活塞式压力计，受到重力加速度影响、温度影响和活塞有效面积随压力改变的误差修正，以下就从这几点进行阐述：重力加速度影响的修正我国各生产厂家生产的压力计专用砝码，其质量一般是按标准重力加速度（9.80665）计算后制作的。
我国幅员辽阔，各地的重力加速度都不同，同一台压力计的一组专用砝码，在不同地区使用时，所得到的压力值也不相同，甚至会严重影响压力计的准确度。
如在北京新购置一台压力计，其专用砝码质量是按标准重力加速度计算后制作的，若不作重力加速度修正而在成都使用，将引起±0.157%的误差。
因此，新购置的压力计必须进行重力加速度的修正。
重力加速度与所在地的海拔高度、地理纬度有关，可用式(1)计算。
(1)式中压力计使用地点重力加速度（）；R----地球半径，R= 计算，H----测量地点的海拔高度（m）；----压力计使用地点的地理纬度。
若按修正的压力计砝码移至B地（重力加速度为）使用时，两地测得的压力值有如下关系(2)这就是说，用同一组专用砝码在A地测得的压力值，是在B地测得压力值的倍。
压力计在两地测得的压力比等于两地重力加速度之比。
[例]一台活塞式压力计在成都（g=9.7913 ）使用时全部参数均符合要求。
今移至贵阳市（g=9.7868 ）使用，求因重力加速度变化引起的修正量。
解：据式(2)得即在贵阳市测得的压力值为成都测得的压力值得0.999954倍。
在使用地点的重力加速度和标准重力加速度不同时，对0.05级压力计相差不大于0.0005 ，0.02级压力计不大于0.002时，所带来的相对误差为它们分别为压力计准确度的0.1倍。
为使用方便，国家标准规定可不进行修正。
二、空气浮力影响的修正活塞式压力计的专用砝码在空气中使用，由于空气浮力作用，将使砝码重力不能完全作用在活塞上，对质量为的砝码，空气浮力为因空气浮力影响，作用于活塞上的重力为式中：----空气密度（kg/m）；----砝码材料密度（kg/m）。
0.05级活塞式压力真空计不确定度
0.05级活塞式压力真空计活塞有效面积的测量结果不确定度的评定１．概述1.1 测量依据:JJG 236-2009，活塞式压力真空计检定规程． 1.2 环境条件:温度: (20±2)℃ ;相对湿度:80%以下. 1.3 测量标准:0.02级活塞式压力计活塞有效面积最大允许误差±0.01%。
1.4 测量方法:根据液压静力平衡原理，采用作用在活塞下端面上的力与砝码的重力相平衡的方法进行压力计活塞有效面积的测量．将被测活塞压力计活塞系统安装在标准活塞压力计测量标准上,加压后,当两个活塞在工作位置达到平衡时,产生的压力相等．即Ｐ被＝Ｐ标；m 被／Ａ被＝m 标／Ａ标。
当0.02级活塞压力计活塞的有效面积已知，加在两活塞上的砝码质量m 被，m 标已知．就能求得被检压力计的活塞有效面积． 1.5 测量对象:0.05级活塞式压力真空计活塞有效面积最大允许误差±0.02%。
现选取0.05级活塞式压力真空计（-0.1～0.25）MPa;有效面积名义值A 为1cm 2,作测量不确定度评定. 1.6 评定结果的使用:0.05级活塞式压力真空计在符合上述条件下有效面积为1cm 2的测量结果,一般可直接使用本测量不确定度作评定结果. 2 数学模型被检压力计与标准活塞压力计处于力平衡时，被检压力计活塞有效面积用如下公式表示：标被标被m m A A因在实验室检定活塞时，实验室温度能保证在20±0.5℃，温度波动不大于0.5℃每小时.当0.02级活塞与被检活塞的材质相同时,温度影响,空气浮力修正,重力加速度修正都不予考虑.式中： Ａ被－－被检活塞式压力计的活塞有效面积； Ａ标－－标准活塞式压力计的活塞有效面积； m 被－－加在被检活塞式压力计上的砝码质量； m 标－－加在标准活塞式压力计上的砝码质量；3 输入量的标准不确定度评定3.1 输入量A 标的标准不确定度u(A 标)的评定 3.1.1 标准不确定度u(A 标1)的评定输入量A 标的标准不确定度u(A 标1)的主要来源是0.02级有效面积的不确定度,因此采用标准不确定度B 类方法评定0.02级有效面积的最大允许示值误差为±0.01% a=0.01%通常认为在区间内服从均匀分布,k=3所以u(A 标)=kAa ⨯=5.8×10-5cm 2估计)u(A )u(A 标标∆=0.1,故自由度v (A 标)=503.1.2 标准不确定度u(A 标2)的评定输入量A 标的标准不确定度u(A 标2)的主要来源是被检活塞垂直性引起的标准不确定度, 因此采用标准不确定度B 类方法评定被检活塞允许安装不垂直性为5',取极限误差α=5' a=ααcos cos 1-=1.3×10－6通常认为在区间内服从均匀分布,k=3u(A 标2)= kA a ⨯=7.5×10－7cm2估计)u(A )u(A 22标标∆=0.1,故自由度v (A 标2)=503.2 输入量的标准不确定度u(m 被)的评定 3.2.1标准不确定度u(m 被1)的评定标准不确定度u(m 被1) 的主要来源是0.02级活塞压力计检定0.05级活塞式压力计配套砝码的最大允许示值误差。
活塞式压力计有效面积测量结果不确定度评定
不确定度分量 ０ ． Ｏ Ｏ ｌ ８ ％ ０ ． Ｏ ０ ｌ ８ ％ ０ ． ０ ０ ０ ０ ９ ８ ％ ０ ． ０ Ｏ １ ０ ４ ％ ０ ． ０ ０ ０ ５ ８ ％ ０ ． ０ ０ ０ ８ ６ ％ ０ ． ０ ０ ０ ５ ８ ％
概率分布 均 匀 分 布 均匀分布 均 匀 分布 正态分布 均匀分布 正态分布 均匀分布
１ ２ ｒ ｅ ｌ （ ％）
０ ． ０ ０ ２ ２ ０ ． ０ ０ ２ ２ ０ ． ０ ０ ２ ２ ０ ． ０ ０ ２ ２ ０ ． ０ ０ ２ ２
测量范 围为 （ Ｏ ． ０ ４ ￣２ ５ ０ ）ＭＰ ａ ， 由于在 此范围
点的测量不确定度评 定如 下
…～
． 、 Βιβλιοθήκη Ｉ Ｉ 在 区 间 内 可 认为 服 从 均 匀 分 布，ｋ ＝ √ ｉ，
Ｕ ｒ ｅ Ｉ （ ｍ ￣ １ ） ＝ ÷＝ ０ ． ０ ０ ０ ５ ８ ：
３ ． ２ ． ２ 活 塞 有 效 面 积 的测 量 不 重 复 性 “ ２ ） 的评 定 “ ｍ ） 的主要来源 是活塞有效面积 的 测量不重复性 。 活塞有效面积 的测量重 复性可认 为在标 准活塞上所加 的砝码质量 不变，被检活 塞上 所加的砝码质量的重复性。 对一台活塞压力计，选 满量程 的 ８ ０ ％处 ， 连续测量 １ ０ 次：５ ． １ ２ ２ １ 、５ ． １ ２ ２ １ 、５ ． １ ２ ２ １ 、
内服从均匀分布 ， ＝ √ ３，
所以“ ， （ 标 １ ） ＝ ｉ ａ ： ０ ． ｏ ０ １ ８ ％
来源
标 准器
符 号
ｕ Ｔ 。 ｌ （ Ａ ）
标准活塞有效面积 不 垂 直 性 被检器 被检活塞砝码 重复性 标准活塞 砝码
0.05级活塞式压力计测量不确定度评定报告
３ １ 输 入量 Ａ ． 标的标 准不确 定 度 Ｕ Ａ 的评定 。 （ 标）
１４ 测量 原理 ： 据 液 体 静 力平 衡 原 理 ， 用作 用 在 活 ． 根 采 塞 下端 面 上 的力 与砝码 的重 力相平 衡 的方法 进行压 力计
活 塞有 效 面积 的测 量 。将 被 测量 活塞压 力计 活塞 系统安 装 在标 准 活塞 压力计 测量 标 准上 ， 加压后 ， 当两个活 塞在 工 作位 置达 到平 衡 时 ， 生 的压 力相 等 （ 图 １示 ） 即 产 如 。
测 压力 计 活塞 有效 面 积 。
：— Ｏ ％ ．９９ ６：５６ × Ｏ — —ｘＯ一 ７ ７ ．１ ０ ６
．
ｊ
３１２ 标准不确定度 （ 标 ） ．． Ａ ２的评定 输 入量 标的标 准不确 定度 ｕ Ａ ２的 主要来 源是 被 （ 标） 测活 塞垂直 性 引起 的标 准不 确 定 度 ， 因此 采 用 标 准 不 确 定度 Ｂ类方 法评定 。
００ ．５级 。
被测 活塞允 许 安装不 垂直 为 ２， 极 限误 差 。＝２。 取
如图 ２ 所示 ， 活塞 实 际有效 面积 为 Ａ， 当不 垂直 于水 平 面 时， 对于静 力平衡 起 作用 的应 为与水 平 面相 切 的截 面积 ， 这 时其对 活塞 有效 面积 的影 响量 为 △ Ａ＝Ａ １ ｏａ ＝１７×１ 一 标（ 一ｃｓ ） ． ０
３１１ 标准不确定度 ｕ １的评定 。 ．． （标 ） 输入 量 Ａ 标的标 准 不 确定 度 （ 标 ） 主 要 来 源是 Ａ 。的 ００ 级 标准 有效 面积 的不 确定 度 ， ．２ 因此 采 用 标 准 不确 定 度 Ｂ类 方法评 定 。 ００ 级标 准有 效 面 积 的最 大 允 许 误 差 为 ±００ ％ ， ．２ ．１
0.02级活塞压力计活塞有效面积量值比对结果分析
0.02级活塞压力计活塞有效面积量值比对结果分析文／杨磊 徐标0 引言压力计量在工业生产方面非常重要，尤其体现在化工、石油、发电等部门。
压力值的大小与温度、流量一样，是工业生产自动化中不可缺少的控制参数，其测量准确与否可能直接影响企业的经济效益和能源的利用率。
在农业生产、国防建设以及科研等方面，都可能涉及到压力测量参数，遇到压力计量问题。
我国压力计量起步于20世纪50年代，并于60年代建立了压力基准和工作基准。
为了压力量值的正确传递，我国在七个大区建立了活塞式压力计工作基准即0.005级活塞式压力计标准装置，用以在全国广泛、准确地开展量值传递。
为考察活塞式压力计活塞有效面积在不同大区检测机构之间测量结果的一致性，客观、公正、科学地反映目前我国各大区计量中心开展0.02级活塞式压力计活塞有效面积量值传递的现状，由华南国家计量测量中心组织，广东省计量科学研究院作为主导实验室，在全国各大区中心之间开展了0.02级活塞压力计活塞有效面积量值比对工作。
1 比对路线安排本次比对项目的样品传递方式采取花瓣式传递，即比对样品传递3家实验室后，再回到主导实验室进行稳定性试验。
每个实验室在10个工作日内完成所有比对试验，并将传递标准传递至下一个参加实验室。
为考察传递标准稳定性，主导实验室在整个比对过程的前期、中期以及后期共进行三次试验。
主导实验室的测量结果采用前期比对数据。
2 传递标准本次比对任务主要是通过对压力量值传递标准的测量，给出测量结果，以考核参加比对工作的实验室的综合能力是否达到计量量值传递要求。
传递标准具体参数见表1。
传递标准活塞式压力计是纯机械结构，由碳化钨、不锈钢和铝等材料组成，且零部件都是分开放置运输的，若非有重大外力作用，其运输性能等其他指标较少受外部因素影响。
在整个比对样品的传递过程中，无任何异常情况上报，在比对过程的前期、中期及后期经主导实验室检查，其外包装箱完好，活塞本身外观也无异常，无跌落或磕碰迹象。
简单活塞式压力计的误差修正
这就屉说 ， 用同一 组 专用砝 码在Ａ地 测得 的压 力值 Ｐ ， Ａ
就 廊进 行温 度修 正 。 由活塞 有效 面积计 算式 ：
Ａ＝ ６ ｒｂ ａ ｂ ＝ｒｂ 仃 ｃ （－ ）ｃ ａ （） ３
ｔ Ｐ－ ％ ． （） ２
空 气浮 力 的影 响 。 成 的误差 在 常压 下 （０ ３ ５ ａ 约 造 １１２Ｐ ） 为 土 ．１ ％。一般 在砝 码 配重 时 已考虑 这个 影响 了 。 ００ ５ 三 、 度 影响 的修正 温
任 何物 体都 要受 温度 的影 响 ． 塞有 效 面积 在环 境 温 活
＝ × ０５ １ １ ＿℃，铜 取ａ ２ ｌ ￣ ； 、扩一 温 度 ２ ℃时 ， ／ ＝ ｘ ０￣Ｃ）‰ ６ ０ 活
塞、 活塞 筒半 径 （ 。 ｍ）
即 在 贵 阳 市测 得 的 压 力值 为 成 都 测 得 的 压 力 值 的
ห้องสมุดไป่ตู้
将 和６代 人式 （ ） ３
７ ０６ 圈 ４ ２０． 计量 ２中
０１ ７ ．５ ％的误 差 。 因此 ， 新购 置 的 力计 必须 进行重 力加 速
和 ± ｘｌ ０ ０ ％ ％
它们 分别 为压 力计 准确 度 的０１ 。 使用 方便 ， ． 倍 为 国家
标准 规定 可 不进行 修 正
二、 空气 浮 力影 响的修 正 活塞式 压 力计 的专 用砝 码在 空气 中使 用 ． 由于空 气 浮 力作 用 ， 将使 砝 码 重 力不 能完 全 作 用在 活 寨 上 ， 对质 量 为
维普资讯
＿
。 Ｎ
简单活塞式压力计的误差修正
一种活塞式压力计有效面积新型校准方法的不确定度分析
0 引言 活塞式压力计是一种基于压力单位定义的原理
来复现压力量值的仪器，工作时由砝码产生的重力 作用在活塞有效面积上，与压力产生的作用力相平 衡。基于此原理，活塞式压力计具有很高的准确度 和稳定性，大量用于压力计量标准的主标准器，需 要按期溯源。而对于活塞式压力计的检定 [1-2] 或校准 过程来说，核心环节是活塞有效面积的量传。将标 准活塞和被检活塞通过管路连接起来，在两个活塞 上添加一定质量的砝码使两者保持相对平衡，从而 根据砝码质量和标准活塞的面积计算出被检活塞的 面积。这一过程十分耗时，因为添加的砝码质量未知， 需要不断试放砝码并观察活塞的平衡趋势，最后标 准和被检活塞平衡时砝码的质量要精确到几十毫克， 和活塞的鉴别域相仿。
由于标准活塞的面积已知，便可以根据式（1）
计算得到标准活塞侧产生的压力 p1。当标准活塞和 被检活塞都处于工作位置时，可由差压计测得标准
活塞和被检活塞的压差值 Δp，进而计算得到被检
活塞产生的压力 p2。即：
p1
=
m1gcosθ1(1 -
ρa ρm1
)
+
2πγ
A1 π
[1 + α1(t1 - 20)](1 + λpi1)
+ (ρl - ρa)gh
（1）
式中：A0 —— 在 20 ℃参考温度和当地大气压下活 塞系统的有效面积，m2；
λ —— 压力形变系数，MPa-1；
t —— 活塞温度，℃；
m —— 活塞、承重盘和连接件、专用砝码质
量，kg；
α —— 活塞组件的热膨胀系数，℃ -1； ρa —— 空气密度，kg/m3；
ρm —— 砝码、活塞、连接件和承重盘平均密 度，kg/m3；
ρl —— 工作介质密度，kg/m3； g —— 重力加速度，m/s2；
活塞压力计工作原理及误差分析
活塞压力计工作原理及误差分析古力那尔·祖农（新疆计量测试研究院，新疆乌鲁木齐８３００１１）摘 要：压力测量是最普遍的测量手段之一，活塞压力计是应用最为广泛的压力标准器具。
本文对活塞压力计的工作原理进行了介绍，同时对其不确定度进行了科学、合理、统一的分析。
文章对活塞压力计数据处理和分析方法进行了定量分析。
关键词：活塞压力计；不确定度；有效面积中图分类号：ＴＵ４５３ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０ ４０３０ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０２０．９．０２７ＷｏｒｋｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＥｒｒｏｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｉｓｔｏｎＭａｎｏｍｅｔｅｒＧＵＬＩＮＡＥＲ·ＺｕｎｏｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｉｓｔｏｎｍａｎｏｍｅｔｅｒｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｉｓｔｏｎｍａｎｏｍｅｔｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｉｔｓｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ，ｒａｔｉｏｎａｌｌｙａｎｄｕ ｎｉｆｏｒｍｌｙ Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｉｓｔｏｎｍａｎｏｍｅｔｅｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｓｔｏｎｍａｎｏｍｅｔｅｒ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ａｃｔｉｖｅａｒｅａ０ 引言活塞压力计是使用最广泛的压力标准器具，目前我国压力量值传递体系中，除了微压段以外，几乎所有的压力计量器具都是溯源到０ ００２级或者０ ００５级活塞压力计。
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，活塞压力计原理如图１所示。
图１ 活塞压力计原理压力的定义为：ｐ＝ＧＡ＝ＭｇＡ（１）式中：Ｇ———砝码产生的重力，Ｎ；Ａ———活塞有效面积，ｍ２；Ｐ———被测压力，Ｎ／ｍ２或Ｐａ；Ｍ———砝码质量，ｋｇ；ｇ———当地重力加速度，ｍ／ｓ２。
燃气表检定中的误差原因与对策
燃气表检定中的误差原因与对策燃气表作为测量燃气消耗的仪器，在使用过程中经常需要进行检定，保证其测量结果的准确性和可靠性。
在燃气表的检定过程中，常常会出现误差，这给燃气计量工作带来一定的困扰。
本文将对燃气表检定中的误差原因进行分析，并提出相应的对策。
一、误差原因1.燃气表本身存在的误差：燃气表在生产过程中，由于制造工艺、材料、装配工艺等因素的影响，会导致燃气表本身存在一定的误差。
这种误差属于固有误差，是不可避免的。
2.温度误差：燃气表的工作环境温度变化会对其测量结果产生一定的影响。
温度的变化会引起燃气表内部零件的膨胀和收缩，导致测量结果偏差。
特别是在温度变化较大的情况下，误差会更加显著。
3.湿度误差：燃气表在潮湿环境中使用时，会吸收周围的水分，导致燃气表内部的零件产生腐蚀和变形，进而影响燃气表的测量准确性。
4.压力误差：燃气表的测量结果与燃气流量的压力有一定的相关性，当燃气流量的压力变化较大时，燃气表的测量结果也会随之变化。
尤其是在高压情况下，压力误差会更加明显。
5.斜度误差：燃气表在安装过程中，如果没有按照标准的斜度安装，会导致燃气表测量结果的偏差。
这是因为燃气流量与燃气表的斜度有一定的关系，当斜度不合理时，会引起测量结果的误差。
二、对策措施1.加强燃气表制造质量控制：在燃气表的生产过程中，要严格按照标准要求进行制造，确保燃气表的质量。
采用先进的制造工艺和材料，提高燃气表的制造精度，减小固有误差，从而提高燃气表的测量准确性。
2.控制环境温度：在燃气表的检定过程中，应注意控制环境温度的变化。
可以采用恒温室或者温度控制装置，保持检定环境的恒温，尽量减小温度误差对燃气表测量结果的影响。
3.防止潮湿环境：在燃气表使用过程中，要避免将燃气表暴露在潮湿环境中，可以采取防潮措施，如加装密封罩等，防止燃气表吸湿，减小湿度误差。
4.校准压力：在燃气表的检定过程中，要根据燃气流量的压力范围，选择合适的校准压力。
如果燃气流量的压力变化较大，可以采用压力校正方法，根据不同压力下的校准结果，得出压力误差的修正值，从而提高燃气表的测量准确性。
燃气表检定中的误差原因与对策
燃气表检定中的误差原因与对策燃气表是目前户用计量的主要设备之一，其测量结果的准确性直接关系到用户的利益。
因此，对燃气表进行检定检测是非常必要的。
然而，在实际的检定过程中，由于各种原因，燃气表的测量误差可能会超出法定误差范围，这时就需要查找原因并采取措施来减小和消除误差。
下面就对一些常见的误差原因及其对策进行简要介绍。
1、气体的压力和密度变化燃气表在检定时必须使用标准气体，标准气体应符合国家标准。
不同批次、不同厂家的标准气体可能存在压力和密度的差异，这会直接影响到燃气表的测量准确性。
为了避免这种问题，可以在检定前根据标准气体制备好燃气表使用的气体，保证气体的压力和密度趋于稳定。
另外，还可以通过在检定现场增加气体储备罐、调节流量和压力的方式来控制气体变化对燃气表测量误差的影响。
2、温度、湿度、气压的变化温度、湿度和气压的变化也会导致燃气表的测量误差，因为燃气流量与这些因素有关。
针对这些因素的变化，可以通过控制环境温度、湿度和气压，比如增加局部加热、增加湿度控制装置等方式来改善环境，从而减小误差。
3、燃气表自身结构问题燃气计的设计结构、制造工艺、使用寿命等因素也可能导致其本身出现测量误差。
在检定中，可以根据燃气表的特性和规格选择合适的检定方法，如在燃气表安装位置采用保持电压等稳压方法，避免燃气表的工作电压波动，减少误差引起的影响。
此外，还可以定期进行维护，更换故障部件，保持燃气计稳定的工作状态，减少检定误差。
4、使用方法与环境问题在日常使用燃气计时，用户也有可能对其出现误差，比如在清洗、移动等过程中燃气计的安装未恢复如原来的，燃气计未及时维护保养等情况。
此时可以通过宣传教育、使用说明的提供、安装及售后服务等措施来提高用户意识，减少人为误差带来的影响。
另外，环境污染和燃气泄漏等问题也可能影响燃气计的准确度，需要及时处理。
总之，燃气计误差的原因有很多，需要针对性地采取措施，保证其正确的测量结果。
在进行检定时，应根据具体情况采用合适的检定方法，严格控制检定过程中各项因素的变化，并进行相关记录，对检定结果进行评估，及时提供统计分析结果。
活塞式压力计和高度差测量的探讨
912． 7 + （ 0． 752 × p － 0． 001 65 ×p2 + 0． 000 001 5 × p3） ×
［1 － 0． 000 78 × （ t － 20） ］； p 为相对压力，MPa； t 为
温度。
同理，各活塞式压 力 计 在 其 测 量 下 限 使 用 时 限 位
结构未修正带来的相对误差见表 1。由此可见未对限
ΔH / mm
8． 770 78． 800 22． 880 1． 477
ΔH 未修正的误差 （ 对于测量下限）
7． 0 × 10 － 4 3． 5 × 10 － 4 1． 8 × 10 － 3 1． 3 × 10 － 4
1． 3 中空结构的活塞 对于测量下限较小的气体活塞式压力计，若采用合
金钢 材 质 的 活 塞 系 统，其 内 部 一 般 为 空 心 结 构，如 图 3 所示。图 3 中，Ⅰ和Ⅱ为圆环结构，Ⅲ为模拟部分。
对于规则圆柱体 的 活 塞 ，其 有 效 面 积 参 考 面 处 于
p3 所在的水平面，测量高度差时只需测量活塞杆的最 底部即可。
1． 2 底部有限位结构的活塞
讨论底部具有限位结构的活塞，其结构如图 2 所
示。限位结构（ Ⅰ和Ⅱ） 位于活塞杆的底部，Ⅲ为理论
计算模拟部分。对活塞限位结构部分进行理论分析，
国家质检总局科技计划基金资助项目（ 编号： 2013QK079） 。 修改稿收到日期： 2015 － 03 － 20。 第一作者李海兵（ 1984 － ） ，男，2010 年毕业于新疆大学凝聚态物理 专业，获硕士学位，工程师； 主要从事压力计量的研究。
1． 1 规则圆柱体的活塞 对于规则圆柱体 的 活 塞 ，其 活 塞 的 下 端 面 为 参 考
一等活塞压力计测量不确定评定
一等标准活塞式压力计活塞有效面积的测量不确定度评定1 概述1．1 测量依据JJG236-1994《一等标准活塞式压力真空计检定规程》。
JJG129-1990《一等标准活塞式压力计检定规程》。
1．2 测量标准工作基准活塞式压力计，准确度等级为±0.005%，活塞有效面积最大允许示值误差±0.003%。
1．3 测量对象一等标准活塞式压力计、一等标准活塞式压力真空计和一等标准双活塞式压力真空计。
准确度等级为±0.02%，活塞有效面积最大允许示值误差±0.01%。
现选取一等标准活塞式压力计（1～60）MPa；有效面积名义值A为0.1cm2，作测量不确定度评定。
1．4 测量条件环境温度：（20±1）℃；相对湿度：<80%RH1．5 测量方法一等标准活塞式压力计活塞有效面积的测量，是依据液压静力平衡法，即将被检活塞系统与标准活塞系统装在同一校验器上或用导管连接两校验器，调整标准与被检活塞系统的垂直度，并满足计量检定规程要求。
在测量时，将按约产生被测压力计测量上限压力值的15%负荷的标准活塞式压力计的专用砝码分别放在标准和被检活塞系统承重盘上，加压使两活塞处于工作位置,并旋转活塞消除静磨擦，通过投影系统用加标准小砝码的方法使两活塞系统达到起始平衡。
从而，测得标准和被检活塞的砝码质量比值，计算出被检活塞的有效面积。
1．6 评定结果的使用符合上述条件的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定结果。
2 数学模型pp m m A A ''⋅= （1）式中，A ′为被检活塞有效面积，cm 2 ；A 为一等标准活塞有效面积，cm 2 ； m p ′为加在被检活塞上的砝码质量，kg ； m p 为加在标准活塞上的砝码质量，kg 。
由于A 、m p ′、m p 之间独立无相关，故 其方差和灵敏系数 依据:()()i c i cx u x f y u 222⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂=∑ （2）得方差:()()()()()()()p p p p m u m c m u m c A u A c A u 22'2'222'2⋅+⋅+⋅= （3）式中：c 为灵敏系数，其分别为；()pp m m A c '=()pp m A m c 1'⋅=()pP m A m c 1⋅=将式（3）左边除以A 2′，右边除以2'⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅p p m m A ，得()()()()p relp rel rel rel m u m u A u A u 2'22'2++= （4）考虑环境温度偏差引起的相对标准不确定度u rel (t)、活塞垂直度偏差引起的活塞面积和被检活塞面积的相对标准不确定度u rel (R A )、u rel (R A ’)及被测活塞压力计活塞有效面积的起始平衡点复测等的影响,则式（4）可表示为：()()()()()()()[]02'2222'22'2p u R u R u t u m u m u A u A u relA rel A rel rel p rel p rel rel rel ++++++= （5）C(A)=1、c(m p ’)=1、c(m p )=1、c(t)=1、c(R A )=1、c(R A ’)=1、c(P 0)=1。
活塞有效面积测量方法的分析和比较
活塞有效面积测量方法的分析和比较李海兵;卓华;赵亿坤;陈武卿【摘要】The effective area of a piston gauge is measured by either the direct balance or the method of initial balance. Herein, by analy-zing and comparing the measurement of direct method and the other method which makes material pressure distortion coefficient and temperature compensated, it is found that the results of the two methods are different based on the different types of piston gauges.%测量活塞有效面积可以根据具体情况采用直接平衡法或起始平衡法。
本文就基于压力形变系数及温度修正的起始平衡法与使用直接平衡法的测量数据进行比较分析，结果显示二者测量结果的一致性在不同的压力量程段有所不同。
【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P57-59)【关键词】直接平衡法;起始平衡法;活塞有效面积;测量方法【作者】李海兵;卓华;赵亿坤;陈武卿【作者单位】新疆维吾尔自治区计量测试研究院，新疆乌鲁木齐830011;新疆维吾尔自治区计量测试研究院，新疆乌鲁木齐830011;新疆维吾尔自治区计量测试研究院，新疆乌鲁木齐830011;新疆维吾尔自治区计量测试研究院，新疆乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】TB935;TH812JJG 59-1990《二、三等标准活塞式压力计检定规程》中规定测量活塞有效面积用起始平衡法，修订后的JJG 59-2007《活塞式压力计检定规程》增加了直接平衡法[1] 。
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直 接平衡法 （ 全压 法） ：是利用 流体静 力平衡 原理 ，
通 过 已知标准活塞 压力 计底 端 的压力 ，得 到被 测活塞 压 力计 活塞底端 的压力 ，并 通 过变换 压力 定义公 式 ，求 得 被测 活塞 的有效 面积 。即通过公式 （ ）计算 。 １
Ｅｒ ｏ ｒ ｒ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＧ ａ ｌ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｄ ｉ ｅ ｓ ｉ ｆｅ ｔｖ ｒ ａ ｏ ａ ｓｏ ａ ｅ ｌ ｓｓ ｏ ｓ Ｃｏ ｕｍ Ｄ ｆ ｒ ｎｃ ｕｒｎｇ Ｍ ａ ｕｒｎｇ Ｅｆ ｃ ｉ ｅ Ａ ｅ ｆＧ ｓ Ｐｉｔ ｎ Ｇ ｕｇ
ｃ ａ ｇ ｆ ｈ ｒ ｓｕ ｅ Ｅ ｅ ｈ ｕ ｈ ｔｅ ｈ ｉｈ ｏ ｅｇ ｓｃ ｌ ｍｎ ｉ ｉ ｖ ｒａ ｌ ． ｂ ｔｔｅｐ ｅ ｓ ｒ ａ ｓ ｄｂ ｈ ａ ￣ｕ ｓｃ ａ ｇ ａ ｌ． ’ａ ｃ ｅ ｔｓ ｈ ｎ ｅ ｏ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ． ｖ ｎ ｔ ｏ ｇ ｅｇ ｔ ａ ｏｕ ｎ ａ ｂ ｅ ｔ ｈ ｆ ｈ ｓ ｉ ｕ ｈ ｒ ｓｕ ｅ ｃ ｕ ｅ ｙｔ ｅｇ ｃ ｍ ｉ ｈ ｎ ｅ ｅ １ ｔ ｒ ａｅ ｓ ｎ ｂ ｈ
ＬＩ Ｘｉ ＷＵ。 ＳＨＥＮＧ ａ ｙａ ｎ— Ｘｉ ｏ— ｎ， ＺＨＡＮＧ ａ Ｘｉ ｎ， Ｗ ＡＮＧ Ｌｉ
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Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｇ ｓｐｉｔｎ ｇ ｕ ｅ； ｍｅ ｏ ｆｉ ｔａ ｌａ ｃ ｄｓ ａ ｓｏ ａ ｇ ｈ ｔ ｄ ｏ ｎｉｉｌｂａ ｎ ｅ； ｇ ｓｃ ｌ ａ ｏｕｍｎ ｄｆｅ ｅ ｃ ｉ ｒｎ ｅ
Ｏ 前 言 在压 力计 量 领 域 ，活 塞 式 压力 计 一 直 以其 量 值 准 确 、长期稳 定性 好 及 溯 源 方 便 成 为 应 用最 为广 泛 的压 力标 准 。近年 来 ，尖 端技 术 的发 展 ，对 气 体 压 力 校 准
ｔ ｅ ｅｒ ｒｏ ａ ｕ ｅ ｎ ． ｈ ｓｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｈ ｓｐ ｏ ｌ ｍ ｒｍａ ｇ ｅ ｏ ｔｔ ａ ｓ ｔｔｅ ｐ ｅ ｓ ｅ ｖ ｕ ｆｇ ｉ ｏ ａ ｇ ｒ ｘ ｃｌ ． ｈ ｒｏ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｓ ｓ ｔｉ ｒ ｂ ｅ ｆ ￣ｎ ｆ ｒ ｏ ｔ ｆ ｌ ｏ ｒ ｉ ｈ ｒｓ ｕ ａ ｅ ｏ ａ ｐ ｓ ｎ ｇ ｕ ｅ ｍｏｅ ｅ ａ ｔ ｎ ｒ ｌ ｓ ｔ ｙ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｒ ｓ ｎ ， ｔｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ａｅ ｆｔ ｅｐ ｓｏ ａ ｇ ｓ ｙ ｍｅ ｓ ｒｄ ｗｉ ｅ ｉ ｉ ａ ａａ ｃ ｔ ｏ ． ｈ ｓ ｍｅｈ ｄ ｕ ｅ ｅ ｄ ｆ ｉ ｓｒ ｃ ： ｔｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｆ ｃ ｉ ｒ ａ ｏ ｉ ｎ ｇ ｕ ｅ ｉ ｍｏ ｔ ａ ｕ ｅ ｔ ｔ ｎｔ ｌ ｌ ｎ ｅｍｅｈ ｄ Ｔ ｉ ｖ ｈ ｔ ｓ ｌ ｈｈ ｉ ｂ ｔ ｏ ｓ ｓｔ ｅ ｎ ｔ ｈ ｉ ｅ
液 （ ） 体 的高 度 差 所 产 生 的 压 力 ， 即 认 为 液 （ ） 柱 所 产 生 的压 力 是 不 变 的。 但 由 于 气 体 的 可 压 缩 性 ， 气 体 密 气 气 度 随 压 力 变 化 而 变 化 ，这 就 造 成 了 气柱 高 度 虽 然 不 变 ， 而 气 柱 所 产 生 的 压 力 却 是 变 化 的 ，从 而 产 生 测 量 误 差 。 本
文 就 此 问 题 进 行 分 析 ，力 求 使 气体 活塞 式 压 力 计 的 量 值 传 递 更 准 确 。
关 键 词 ： 气 体 活 塞 式 压 力 计 ； 起 始 平 衡 法 ； 气 柱 差 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ． Ｈ８ ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ２—６ ６ （ ０ ８ ０ —０ ３ ０ １ ２ ０ ） ４ ０ ８—０ ３
维普资讯
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３ ８・
误差 与不确 定度
２０ ０ ８年 第 ２ 第 ４期 ８卷
测量气体活塞式压力计有效面积时气柱差的误差分析
李鑫武 ，盛晓岩 ，张 贤，王丽
（ 中国一航 北京长城 计 量测试技 术研 究所 ，北京 １ ０ ９ ） ００５
摘 要 ： 目前 多 采 用 起 始 平 衡 法 测 量 气 体 活 塞 有 效 面 积 ，起 始 平 衡 法 是 用 一 定 的 小 砝 码 来 消 除 两 活 塞 参 考 面