活塞式压力计的技术能力和设备更新的探讨

李源

活塞式压力计是基于帕斯卡定律及流体静力学平衡原理产生的一种高准确度、高复现性和高可信度的精密压力计量仪器。利用压力作用在活塞上的力与砝码重力相平衡的原理制成的压力计称为活塞式压力计。它在压力计量技术中占有相当重要的地位。活塞式压力计具有准确度等级高，测量范围宽（-0.1-2500）MPa，计量性能稳定，结构简单，使用方便和不易损坏等优点。目前，以活塞式压力计作为压力计量基准的国家都相继建立了基准、副基准；工作基准；标准器；压力表；传感器等一整套传递系统，为了进行国际间高精度压力标准的比对，在国际压力计量会议上提出要以气动活塞式压力计作为液体压力计的国际比对的转换传递手段，可以说活塞式压力计目前几乎是独一无二的基准器和高级标准器。但活塞式压力计本身存在着测力时加减砝码，使测力点的压力示值不能连续显示，活塞与活塞筒之间存在间隙，在压力作用下使工作液体发生泄漏，活塞杆底部在长期使用下由于材质的关系会变黑、锈蚀和变形，处理困难，在一定程度上影响测量精度和使用寿命等不足之处，但它在检定系统中的位置和作用，决定了它在多数场合被用作量值传递的基准器和标准器，所以应用广泛技术能力不容忽视。

随着压力计量技术的不断更新，国家对活塞式压力计的检定规程做了较大的更改。2008年11月1日按照国家质检总局的要求，颁布了JJG59-2007活塞式压力计检定规程。各计量单位所使用的活塞压力计在某种程度上已无法满足新规程的要求。新规程赋予了活塞式压力计新的生命。

设备更新后大大的改善以上提出的不足，特别是用碳化钨做活塞和活塞筒的材质：碳化钨化学式WC。全称为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。熔点2870℃， 沸点6000℃，相对密度 15.63（18℃）。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。化学性质稳定。在碳化钨中，碳原子嵌入钨金属晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙固溶体，因此也称填隙（或插入）化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得，氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备，产品最终必须在1500℃进行真空处理， 以除去碳氧化合物。把它作为活塞杆和活塞筒的材质，比以前的合金钢坚硬100倍以上。温度膨胀系数小、变形量小，因而保证了活塞有效面积周期变化率较小，从而保证活塞压力计有极高的灵敏度。活塞和活塞筒经精工研磨，其圆度误差和间隙极小，测量上限超过25MPa以上高压活塞压力计的工作介质采用低黏度的癸二酸脂，因而极大的提高活塞转动延续时间，也就相应减小活塞下降速度，提高活塞鉴别力.因而 用国际高压比对时指定的癸二酸二（乙基已基）酯粘度为（20-25）mm2/s取代现在国产压力计使用的传压介质蓖麻油粘度为（900-1100）mm2/s为传压介质，从而保证压力计有极高的灵敏度。

那么更新后的活塞式压力计的应用如何呢？以我所使用的陕西创维YS系列0.05级活塞压力计为例：

1.活塞转动更平稳，减少附加误差

6MPa以下采用托盘直接加载，6MPa以上的采用挂篮结构，重心低，稳定性极好。避免了附加垂直力，降低了砝码重心.相应减小砝码侧向附加误差使活塞转动更平稳，使用更方便。

2.台面整洁美观

机座采用铝合金制造，质轻坚固美观。6MPa以上工作介质的改变，使用粘度较低的癸二酸二（乙基已基）酯，漏油的现象很少见，台面容易清理，这是旧台子达不到的地方。

3.活塞的工作位置用传感器监测取代了限止器，具有灵敏，醒目，准确的优点。

当然也有不足，个人觉得YS系列0.05级活塞压力计更适应实验室和工作量较小的检定单位使用：（1）虽然携带方便但下厂去的地方大多数是车间和锅炉房，电源是一大问题。（2）仪表的接头必须是干净的，不然就连接不上，使用过的仪表大多是胶带和油麻清理起来很费事。（3）外壳公称直径超过?100mm仪表很难检满全量程的。（4）加压采用手压式，一下一下机械式的加压，没有原来手摇式的活塞省时。因此更新后的活塞在一定程度上解决了活塞渗漏、变形间隙过大的问题，其余的只有在工作上加以克服。更新后的活塞压力计为我们今后的压力检定工作提供了保证。

再好再高精度的设备，如果使用维护不正确，也不能提供高准确性、高复现性、高可信度的检定结果。对新购置的活塞压力计，在使用前要用高标汽油对活塞系统、压力泵、油杯、管路反复清洗后，再注入清洁的工作介质。应安置在便于操作、牢固无振动的工作台上，并用水准器进行调整，使承重盘平面处于水平位置，同时保证活塞杆的垂直度。使用活塞压力计时，应按顺时针方向转动砝码，活塞上加减砝码时应轻拿轻放，上下砝码应入槽中。应经常保持压力计清洁，压力计应放在湿度不大的环境中，以免锈蚀。快速接头和活塞缸下端O型圈较易损坏，若发现泄漏应及时更换。对温度环境的要求也很高，0.05级的活塞压力计使用时要求温度变化限制在（20±5）℃。油杯中液面应经常高于油杯过滤器罩子上端面，以免空气进入预压泵中，造成预压泵失效。

在实际工作中我的感悟是：高标准的检定设备是做好检定工作的基本条件，正确使用维护设备是保证检定数据准确的必备条件，设备更新是社会发展的趋势，人类进步的表现。应该说更新后的活塞式压力计使压力计量又迈上了一个新的台阶，在压力计量应用上起到必不可少的作用。