簡述液體活塞式壓力計與氣體活塞式壓力計的區別與應用

(廣西壯族自治區計量檢測研究院 廣西 南寧 530007)

氣體活塞式壓力計與液體活塞式壓力計的工作原理基本一致，都是復現壓力基本公式P=F/S，即單位面積上的力所產生的壓力。其主要參數均相同： 有效面積、下降速度、延續時間、靈敏閾、形變系數、溫度系數。

一、液體活塞式壓力計的發展

活塞式壓力計是復現壓力的一種標準器，在上世紀50年代，國內開始建立第一套活塞基準，但限于當時的材料品種、加工精度等技術的限制，無法高精度加工活塞、活塞筒等關鍵部件，使當時的活塞選取形變較大的碳鋼為材質，活塞與活塞筒的間隙較大(在10～20)μm，為了避免在使用中活塞下降太快而無法平衡的狀況，選取液體為工作介質和傳壓介質(混合油)，加長活塞的接觸面積，從而達到活塞的工作時能達到平衡狀態。但在高壓，大于25MPa時，混合油的粘度都無法保證活塞的下降速度，故選取粘度更高的蓖麻油為工作介質。雖然解決了活塞下降的問題，但活塞自由轉動的延續時間縮短，靈敏閾大幅降低。

二、氣體活塞式壓力計的發展

在本世紀初，因國內的加工水平有大幅度提升，彈性模量小、線膨脹系數小的合金材料或陶瓷均能批量生產，所以目前的活塞系統一般都選取硬度更高、低溫度線膨脹系數的碳化鎢為材料，以高精度的加工為基礎，可以更好的控制活塞的行為公差：如直線度、圓度、光潔度等幾何量指標。從而使活塞與活塞筒的間隙非常小，可控制在(3～5)μm，可以用潔凈的氣體(高純氮)為工作介質，同時提高了活塞所有參數的指標。氣體活塞式壓力計的應用，擴展了活塞的測量范圍，使原來油活塞的40kPa測量下限拓展到下限1kPa，可以進行微壓測量。其測量下限比液體活塞更低，鑒別力更小。但由于活塞與活塞筒的間隙較小，許些和油污和微小的粉塵顆粒也會對活塞的轉動帶來嚴重的影響，會造成活塞轉動不靈活、轉動時間變短。通常雜質進入活塞系統后，活塞轉動時會出現轉速較低時突然停轉等現象。使用碳化鎢為材料，還可以確?；钊哂心湍ァ⒉讳P、活塞面積年變化率小、使用壽命更長等特點。

三、氣體活塞式壓力計的優點

使用潔凈氣體作為工作介質，可以避免原油介質對被檢的污染。避免用油檢定禁油計量器具后的清洗工作。

當氣體為工作介質時，大大減小了高度差帶來的誤差修正。混合油的密度：780kg/m3，氣體密度：1.2 kg/m3。按公式P=ρgh，在10cm的高度差下，液體為工作介質的壓力差為760Pa；而氣體介質的壓力差只有1.2Pa，在絕大多數場合都可以忽略不計。

當使用氣體為工作介質時，還減少了因材料表面張力帶來的影響，提高靈敏閾。而且，活塞自由轉動延續時間更長，輸出的壓力更穩定與準確。

當用氣體為工作介質時，還能通過活塞結構的變化，進行正負壓和絕壓的測量。這些是液體活塞所無法做到的。液體活塞在使用了新材料后，也大幅提升了活塞的性能，改用癸二酸二異辛脂為工作介質，主要用于大于10MPa～500MPa的高壓測量。

在目前的壓力計量中，氣體活塞的適用范圍更廣、使用方便、安全潔凈。國家基準已經從原來的單一10MPa液體活塞(碳鋼，已淘汰)，拓展到液體10MPa、100MPa、氣體100kPa、600kPa、7MPa(材質均為碳化鎢)的不同工作介質、不同量程的活塞基準組。

四、活塞的選擇

從精度上來說，開展10MPa壓力以下的量傳，在有條件的情況下建議優先使用氣體活塞。