張振彥　馮齊斌　張麗萍 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

折算質(zhì)量對活塞式壓力計專用砝碼的影響

張振彥馮齊斌張麗萍 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0　引言

在常用的壓力計量范圍內(nèi)，活塞式壓力計是目前最理想的壓力計量儀器。由于具有準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、測量范圍廣、使用方便等優(yōu)點，使其在壓力計量技術(shù)中占有重要的地位。活塞式壓力計是利用流體靜力平衡（ 即作用在活塞有效面積上的流體壓力與其所負(fù)荷的重力相平衡） 原理進(jìn)行壓力測量的計量標(biāo)準(zhǔn)器。對于一臺活塞式壓力計，一般先檢定其活塞的有效面積，再根據(jù)有效面積的數(shù)據(jù)計算其專用砝碼，其砝碼質(zhì)量的計算公式

式中：m — 專用砝碼、活塞及其連接零件質(zhì)量，kg；

p — 被測量壓力值，Pa；

A0— 被檢活塞式壓力計有效面積，m2；

g — 活塞式壓力計使用地點的重力加速度，m/s2

其中m應(yīng)為真空質(zhì)量，但一般實驗室不具備測量砝碼的真空質(zhì)量的條件，只能測量砝碼的折算質(zhì)量，兩者是完全不同的概念。

1　折算質(zhì)量與真空質(zhì)量的關(guān)系

真空質(zhì)量，即一物體（砝碼）在真空中的質(zhì)量。測量砝碼的真空質(zhì)量需要專用的真空天平，由于價格原因，一般實驗室不會具備真空天平。

折算質(zhì)量，即折算質(zhì)量值：一物體在約定溫度和約定密度的空氣中，與一約定密度的標(biāo)準(zhǔn)器達(dá)到平衡，則標(biāo)準(zhǔn)器的質(zhì)量即為該物體的折算質(zhì)量。約定溫度為20 ℃；約定的空氣密度為1.2 kg/m3；砝碼折算質(zhì)量的約定密度ρm為8 000 kg/m3。折算質(zhì)量值mc與真空中質(zhì)量值m 的關(guān)系式：

將砝碼送至相關(guān)部門進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)后，其給出的值即是砝碼的折算質(zhì)量。

2　誤差分析

如果不使用折算質(zhì)量會產(chǎn)生多大的誤差呢？這取決于使用砝碼的密度。

舉例分析說明：

量程為0.1～6 MPa的活塞式壓力計計算0.5 MPa的砝碼質(zhì)量，其有效面積A0= 0.500 110 cm2，按照上海的重力加速度g = 9.794 6 m/s2計算。

如果該砝碼的材料是鋼ρm= 7 800 kg/m3，則其真空質(zhì)量m = 2 553.381 g，折算質(zhì)量mc= 2 553.371 g，相對誤差0.000 4%。

由以上計算可以看出兩個問題：

第一，砝碼在實際使用中不能完全按照J(rèn)JG 59-2007《活塞式壓力計》計算其質(zhì)量。由于規(guī)程上只寫了計算公式，未強調(diào)該質(zhì)量是真空質(zhì)量還是折算質(zhì)量。JJG 1086-2013《氣體活塞式壓力計》強調(diào)了該質(zhì)量是真空質(zhì)量，并標(biāo)明了真空質(zhì)量和折算質(zhì)量的換算公式。如果完全按照J(rèn)JG 59-2007計算砝碼質(zhì)量，材料為鋼的情況下，0.02級及以下等級活塞式壓力計可以忽略因此造成的誤差。如果材料為鋁的情況下，任何等級的活塞式壓力計都不能忽略此誤差。

第二，盡管鋼和鋁材料密度不一樣，但經(jīng)過計算兩者的折算質(zhì)量非常接近，幾乎一樣。這是由于將式（2）代入式（1）后，

式中忽略了空氣密度和砝碼的材料密度，砝碼的折算質(zhì)量只和重力加速度及活塞的有效面積相關(guān)。

3　利用活塞原理的壓力計的誤差分析

同樣的問題還出現(xiàn)在其他利用活塞原理的壓力計上，如活塞式壓力真空計，雙活塞式壓力真空計，浮球式壓力計。但由于其他壓力計準(zhǔn)確度一般不高，最高只有0.02級（雙活塞式壓力真空計），砝碼的最大允許誤差為0.003%，而且砝碼材料一般都是鋼，因此造成的誤差也可以忽略。

4　結(jié)語

活塞式壓力計是在壓力計量中占有重要地位的一種計量標(biāo)準(zhǔn)儀器，由于具有很高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，故在壓力計量領(lǐng)域使用十分廣泛。使用者如果完全按照J(rèn)JG 59-2007檢定砝碼，未搞清楚真空質(zhì)量和折算質(zhì)量間關(guān)系的話，會對最終結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。尤其是當(dāng)砝碼材料不是鋼時，會產(chǎn)生較大誤差。建議再次修訂活塞式壓力計規(guī)程時，強調(diào)公式中的m為真空質(zhì)量，并增加真空質(zhì)量和折算質(zhì)量的換算關(guān)系。在實際使用中如將式（4）作為參考，可能更為方便。

［1］ 全國壓力計量技術(shù)委員會.JJG 59-2007［S］.北京：中國計量出版社，2007.

［2］ 全國壓力計量技術(shù)委員會.JJG 1086-2013［S］. 北京：中國計量出版社，2013.

［3］ 全國質(zhì)量密度計量技術(shù)委員會.JJG 99-2006［S］. 北京：中國計量出版社，2006.

［4］ 李燕華.活塞式壓力計專用砝碼質(zhì)量在計算和修正中的問題［J］.計量技術(shù)，2007，4：50-52.

［5］ 顧曦.折算質(zhì)量與真空質(zhì)量的換算［J］.計量與測試技術(shù)，2009，36 （5）：51-52.