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关于活塞专用砝码质量计算公式的探讨
时间:2019/11/25 15:29:55 点击次数:1960

关于活塞专用砝码质量计算公式的探讨:

摘要

活塞式压力计是重要的标准压力计量器具。活塞专用砝码质量的准确与否,是衡量活塞式压力计的重指标。JJG59-2~7(活塞式压力计》中活塞专用砝码的计算公式存在缺陷,导致压力的量值传递出现不必要的偏差。

0引言活塞式压力计是利用砝码产生的重力与测量压力相平衡的原理,进行压力测量的计量标准器具。活塞式压力计的活塞系统是由活塞杆、活塞筒组成的测压部件。由于其具有结构简单、性能稳定、准确度高且测量范围宽的特点,使得活塞式压力计应用广泛,在量值传递中占有非常重要的地位。

1专用砝码的计算公式存在缺陷的分析与验证

活塞式压力计工作原理的数学表达式为:P=式中:p为活塞式压力计所产生压力值,PaS为活塞有效面积,mm为专用砝码质量,kgg为重力加速度,ms。从上式可以看出,活塞式压力计的专用砝码质量、重力加速度和活塞有效面积,共同影响着活塞式压力计的量值。20076月,国家质量监督检验检疫总局发布了JJG59_2007《活塞式压力计》检定规程,代替原有的JJG7271991JJG129-1990JJG591990三个规程。通过2年的工作实践,发现新规程中活塞专用砝码计算公式存在缺陷。

1.1专用砝码计算公式缺陷的分析JJG59_2007中,规定测量上限大于25MPa的活塞式压力计,测量压力量值时,专用砝码质量按式(1)计算:m=f1+P1[1+(2j1)p(1)式中:m,为按次序加载的第块砝码的质量,kgp,为在参考温度和标准重力加速度下,加载的第_『块砝码产生的压力值,Pa;为在零压力和参考温度下,被检活塞式压力计活塞有效面积,113_g为使用地点重力加速度,msP为周围空气密度,kgmP为砝码材料的密度,kgm;为活塞与活塞筒组件的压力变形系数,Pa~。从式(1)可以看出:决定砝码质量的参数,代表砝码的个数。《中华人民共和国依法管理计量器具目录(型式批准部分)》中规定,活塞式压力计可不进行型式批准,活塞专用砝码的规格及数量完全由生产厂家自行决定。不同厂家生产同量程的活塞式压力计时,专用砝码的数量与规格不尽相同,可能使得同样量程的两台活塞式压力计,仅仅因为专用砝码质量不同,导致在压力量值传递时出现偏差。

1.2专用砝码计算公式缺陷的例证量程为250MPa的活塞式压力计,可以制造成底盘5MPa,外加5MPa的砝码1块,IOMPa砝码24块,砝码产生压力值总和250MPa(5×1+5×1+10×24=250);也可以制造成底盘5MPa,外加5MPa砝码1块,IOMPa砝码2块,20MPa砝码11块,产生压力值总和250MPa(5×1+5×1+10×2+20x11=250)。同样的活塞式压力计仅因为砝码的规格不同,就使得最后一块砝码质量参数.,从24变成了11。下面例举两组数据,通过计算分析该变化对实际测量带来的影响。一台250MPa的活塞式压力计的活塞有效面积为4n=005cm,北京市地区重力加速度g=98015ms,空气密度和砝码密度分别选用规程给出的参考值P=12kgmP=7800kgin(铁的密度)。考虑到目前大部分活塞杆与活塞简的材料为碳化钨,根据规程附录A计算,=7X10(如使用钢或铜等,变形系数更大的材料,则会带来更大的计算误差)。计算可以得出两组数据,如表1所示。由表1可知,两套砝码的总质量差为00031kg,其相对误差表示为:I12502071250176I÷12502O003%由此可以得出结论:上述两套砝码仅由于排列的不同,计算质量就相差0003%。这一误差已经不能满足001级活塞式压力计对砝码质量精度要求。

2问题产生的原因与解决办法

2.1问题产生的原在JJG129l990《一等标准活塞式压力计》的附录1中,有一个与式(1)十分相似的简化计算公式:m=gfl+p1(1+2tipn)(2)式中:m为专用砝码质量,kgP为测量压力值,为l0Pa的压力;A为活塞有效面积,mg为使用地点重力加速度,msP。为周围空气密度,kgmP为砝码材料的密度,kgm;为变形系数(作用压力每变化1Pa时所引起活塞有效面积相应变化值)Pa~;n为专用砝码顺序编号(=12,…,24)。式(2)中变量与式(1)中的作用类似。但是使用式(2)时,变量n有明确的规范,这样就保证活塞专用砝码质量相同。JJG59007《活塞式压力计》中,没有明确使用式(1)时的限制条件。

2.2解决办法的探讨式(1)带来的计算误差,产生于检定合格后的计算阶段。那么该误差完全可以通过对计算公式的完善来避免。让我们来看看JJG129-1990(一等标准活塞式压力计》正文里的砝码计算公式:=A。△p。专(1+)[1+(p+)](3)式中:m为压力增加量相应的专用砝码质量,kgA为一等压力计活塞有效面积,mp为测量压力的初始压力(任意压力)Paap为测量压力与初始压力之差(压力增加量)Pag为使用地点重力加速度,msP为周围空气密度,kgmP为砝码材料的密度,kgm;为变形系数(作用压力每变化1Pa时所引起活塞有效面积相应变化值)Pa~。式(3)中没有了砝码编号.这一变量,取而代之的是△pP两个变量。这样每块砝码的质量修正值与砝码的编号不再相关,而是与砝码需要产生的压力值和放置该砝码之前已有的压力值总和这两个参数有关。式(3)需要每次计算砝码的累积质量,虽然计算起来比式(1)繁琐,但是它能保证不同规格的活塞式压力计之间,专用砝码质量的一致性。下面通过数据分析该变化对实际测量带来的影响(计算公式改变外,其余条件与前次活塞砝码计算相同)。经过计算可以得出两组数据,如表2所示。由表2可知,两套砝码的总质量差为00000kg其相对误差表示为:『12502241250224I÷12502=0000%由此可以得出结论:用式(3)进行计算的两套砝码质量完全相同。不论生产厂家生产怎样规格的活塞专用砝码,都可以保证其质量相同。

3结束语

为了保证压力量值传递的准确,建议尽快对现行规程进行修订,消除公式计算给量值传递带来的偏差。

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