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活塞式壓力計(jì)的力值修正-參考平面及其各力值對(duì)活塞誤差的總結(jié)

參考平面

無(wú)論工作介質(zhì)是氣體還是液體，氣柱或液柱高度差在重力作用下引起的測(cè)量誤差對(duì)活塞式壓力計(jì)的精度是不容忽視

，必須進(jìn)行估測(cè)

。為便于估測(cè)

，必須確切一個(gè)參考位置

，使得關(guān)系式P = F / A 在此位置成立。實(shí)際中通常在活塞上選擇此位置

，我們稱之為測(cè)量的參考平面

。它的位置由活塞的

形狀決定，如果活塞為圓柱體

，則可選定活塞的下端面為參考面

。如果活塞不是圓柱體，而是有錐度的

，那么參考平面可在活塞靜止時(shí)的支撐位置選取

。

在計(jì)算活塞壓力計(jì)的壓力時(shí)，以參考平面處的壓力值作為基本值

，系統(tǒng)中其他平面的壓力這樣得到：該平面到參考平面的距離乘以流體的密度

，再加到（或減）參考平面上的壓力值。通常在操作中

，事先作個(gè)標(biāo)記

，然后給系統(tǒng)加壓，直到活塞浮在標(biāo)記稍稍靠上一點(diǎn)時(shí)

，停止加壓

，稍后，活塞將下降到該標(biāo)記處

，此時(shí)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)

，即可讀數(shù)。如果讀數(shù)時(shí)活塞的位置偏高或偏低

，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差

，誤差值與相同高度液柱產(chǎn)生的誤差相等。式（10）中各參數(shù)是必須了解和量化的

，忽略它們中的任何一個(gè)

，將產(chǎn)生很大的誤差，為強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)

，下面以數(shù)據(jù)說(shuō)明：如果忽略這些參數(shù)的影響

，可能會(huì)在測(cè)量中產(chǎn)生以下典型的誤差量。

力值

浮力: 在典型的環(huán)境下

，它相當(dāng)于砝碼重量的0.015%（150ppm）

。

重力加速度： g_l 每變化 0.001 cm/sec2 可引起壓力變化 1 ppm

。在美國(guó)，不同地域重力加速度的差異可能導(dǎo)致的壓力變化為0.3%（3000ppm）

。

表面張力：對(duì)于液體活塞壓力計(jì)

，根據(jù)活塞的直徑不同而不同，能達(dá)到20Pa(0.003psi)

，這在低壓力時(shí)影響很大

。

垂直度：與縱軸的偏離使垂直分力減小，減小的值與偏離角的余弦成比例

，偏離1 度時(shí)

，存在0.015%的誤差，偏離0.1 度時(shí)

，誤差為2ppm

。

面積

溫度系數(shù)：

與活塞/活塞筒的材料有關(guān)，例如：

活塞材料	活塞筒材料	溫度系數(shù)（ppm/℃）
鋼	鋼	25
碳化鎢	鋼	15
碳化鎢	碳化鎢	9

壓力系數(shù)：

與幾何形狀和材料有關(guān)

，它能產(chǎn)生約0.05%的誤差（500ppm）

。

表1 和表2 列出了最主要的誤差源，必須考慮并加以修正

。

修正參數(shù)	不修正情況下的典型影響
當(dāng)?shù)刂亓铀俣扰c標(biāo)準(zhǔn)重力加速的偏差值	1500ppm(美國(guó))
根據(jù)環(huán)境氣壓，溫度和濕度確定的砝碼在空氣中受到的浮力	+140ppm
活塞的有效面積隨壓力的變化	浸入型活塞為1.4ppm/MPa
偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)活塞和活塞筒的變形	9.1ppm/℃（碳化鎢）
液柱高度差	80Pa/cm(0.031psi/in)
氣柱高度差	大氣壓力下為0.1Pa/cm(0.0005psi/ft)

表1 活塞壓力計(jì)的典型修正因素

不確定度因素	可能的誤差值
溫度測(cè)量誤差	9ppm/℃（碳化鎢）
不垂直度	7′以內(nèi) ，為+2ppm
活塞壓力計(jì)周圍的空氣流動(dòng)	可能很大
活塞壓力計(jì)或附近物體產(chǎn)生的靜電	可能很大
磁場(chǎng)	可能很大，尤其專用砝碼是磁性材料時(shí)