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专用砝码质量值的修正原理与方法
时间:2019/11/9 13:11:25 点击次数:170

专用砝码质量值的修正原理与方法介绍:

      新购置的活塞式压力计使用前要经检定合格,但是在使用中有时还会存在示值不准确、重复性超差等:问题。这是因为活塞式压力计受到重力加速度、空气浮力、温度和活塞有效面积随压力改变等几个方面的影响。在实验室条件下,空气浮力、温度的影响可以忽略不计,对于重力加速度的影响、活塞有效面积随压力改变的误差修正则是必须考虑的。本文针对以上问题进行讨论阐述。

      一、重力加速度的修正

      由于各地重力加速度不同,对活塞式压力计的误,差影响很大,在不同地区使用活塞式压力计,要注意对砝码的质量值按使用地点的重力加速度进行修正。重力加速度与海拔高度、 纬度有直接关系,这两个参;数一般都是通过上网查阅资料获得,而资料数值都是所在城市内的平均值,与实际使用地点有一定误差,这个误差在实际应用中很容易被忽略。

      1.问题的提出

      活塞专用砝码质量是根据已经测得的活塞面积,计算压力对应的砝码质量,不算压力形变系数,其计算公式为:

      1  Pm=PxAx-x( 1+)

      g  Pm式中:m-专用砝码质量,kg;P_-___被 测量压力值,Pa;A-  被检活塞的有效面积,m2;p.- 周围空气密度, kg/m';pm一专 用砝码活塞及其连杆材料密度,kg/m';g  活塞式压力计使用地点的重力加速度,m/s2

      从以上公式可见,重力加速度是其中一个重要的计算参数,其准确性直接影响活塞准确度。

      JJG59- -2007《活塞式压力计检定规程》附录列表中可看到,每个省只给出少数重要城市的重力加速度,省内的中小城市大部分都没有。比如,广西壮族自治区只有南宁和柳州两个城市的重力加速度值,经过笔者调查,许多城市的不少企业、计量检定机构对0.02级活塞专用砝码配重采用的是南宁市的重力加速度g=9.7877m/s2。在JJG59- -2007查不到本城市重力加速度就采用省首府城市的重力加速度,这种现象在全国比较普遍。而通过实际测量工作地点的纬度和海拔高度,以重力加速度计算公式进行计算,得出的实地重力加速度值与笼统采用省首府的重力加速度值相差很大。

      2.误差计算及分析

      为了研究实地重力加速度值测定不准引入误差对活塞式压力计标准装置的影响,以梧州市为例,通过对本单位海拔高度、纬度的数据进行分析,计算重力加速度值,并探讨同--地区重力加速度测定不准对引人误差数值的影响。

      经过查询科技资料,得到梧州市的纬度是23.29,城区平均海拔高度是24m。海拔高度24m是市区防洪堤洪水警戒线高度,而本单位所处位置明显比洪水警戒线高很多,0.02级活塞式压力计放置在实验楼三楼,离地面至少10m ,经过测量和仔细分析,海拔高度修正为60m。通过重力加速度计算公式

      9.80665x( 1-0.00265cos2)

      2HI+-R式中:R-地球半径, 等于6371x10m;H-测 量地点的海拔高度;_测量地点的纬度。

      经过计算,重力加速度g=9.7886m/s?,与南宁市的重力加速度9.7877m/s2相差0.0009m/s2 ,引起活塞砝码质量误差达到0.01%,而二等活塞式压力计专用砝码质量的最大允许误差仅为+0.02% .0.02级和0.005级活塞的砝码质量要求更高。

      重力加速度与海拔高度、纬度有直接关系,经计算得知在我国所处的区域内,纬度相差10的两地g值相差(0.0006~0.0009)m/s2,在同一-纬度地区海拔每升高30m , g值减小约0.0001m/s ;g值每变化0.000lm/s3,引起活塞质量的误差大约为0.001%。所以为满足实际测量的需要,应当给定准确的使用地点的重力加速度值。其他省市可以参照上述方法,对重力加速度g进行修正,以减小计量误差。

      3.实际使用中的应用

      2008年我所设备更新,配置-.0.05级传感器式压力校验仪,旧式0.05级活塞式压力计标准装置检定证书在有效期内,且正常使用。在使用过程中发现,分别使用这两套标准检定同一块精密压力表,得出两组检定数据,虽然检定结果都合格,但是一-组数据是正向偏差,另一-组数据是负向偏差。当时不能确定哪组数据更为准确,后经了解专用砝码是退休的老同志配重,而这位退休的老同志计算专用砝码质量是采用南宁市的重力加速度g=-9.7877m/s2。而采用经修正的重力加速度g=9.7886m/s2,对专用砝码的质量进行计算重新配重,检定同一块精密压力表,与新购置的0.05级传感器式压力计标准装置所得数据基本--致。

      笔者在检定各地活塞式压力计的过程中发现,重力加速度很容易被忽视。在对梧州市某企业压力计检定装置检定中,发现其压力值始终存在较大误差。经过仔细检查,最终发现其自动控制参数中的重力加速度竟然还是出厂值,与实际使用地的重力加速度误差很大,经过重新设置后误差明显缩小。

此后,在其他企业的自动压力装置检定中也发现类似问题。很多活塞式压力计的使用人员对仪器的参数不了解,尤其是重力加速度由于使用地点不一样,其数值变化较大,并且其准确值的获得也比较困难,往往被忽视。

二、活塞有效面积的修正1.问题的提出

当活塞式压力计的工作压力增大时,活塞、活塞筒会发生弹性形变,使得活塞系统的有效面积也发生变化,这种面积的改变可以用下式表示:

      A.=A.(1+λP)

      式中:A-某参考压力下活塞的面积,m2;λ一压力形变系数 ,Pa+;P_压力 值, Pa

      当压力>6MPa时,活塞系统的有效面积发生改变,造成误差较大,影响了活塞式压力计的准确度,必须考虑有效面积的修正。

      经笔者调查,绝大部分企业、计量检定机构在送检活塞式压力计时,仅送检活塞筒活塞及其连接件,专用砝码并不送检,其质量值依据检定证书数据自行配重。于是检定人员依据证书,11个专用砝码每个都按照5.10760kg配重,这种方法是错误的,它忽略了活塞式压力计的工作压力增大时,活塞系统的有效面积会发生改变。

      2.误差计算及分析

      JJG59-2007可知,测量上限≥25MPa的活塞式压力计且用于测量压力值时,配套的专用砝码必须按顺序号放置使用,专用砝码、活塞及其连接件质量按以下公式计算:

      AxP;m;=  _x<(1+Pa )x[1+(2j-1 )x\xPj]g  Pm

      式中:m,-  按次序加载的第j块砝码的质量,kg;P,-压力增加的间隔值(5MPa),Pa;A-活塞式压力计活塞有效面积,m';g  使用地点重力加速度,m/s2;p.--_周围空气密度,kg/m3 ;Pm一专用砝码、活塞及其连杆材料密度,kg/m;h-压力形 变系数,Pa-'

      在误差计算分析前,先对JJG59--2007勘误:规程附录A-温度修正和压力形变系数A.3活塞、活塞筒材料的线膨胀系数、弹性模量和泊松比。

      3.实际使用中的应用

      _上面的误差分析可知,如果活塞和活塞筒材料为合金钢,若11个专用砝码每个都按照5.10760kg配重,最大误差可达0.03%,超出了砝码的最大允差值0.02%。计量检定是一项严肃、严谨的工作,上级检定机构在出具证书的时候不能够笼统给出:专用砝码产生5MPa,砝码质量计算值5.10760kg,数量11,应该按次序给出单个砝码的质量,否则误导送检单位。

      压力计专用砝码是否需要按顺序编号排放,应该进行误差分析,需要按顺序排放的,若不按顺序排放则产生误差;不需要按顺序排放的,若按顺序排放则增加不必要的工作量。碳化钨材质的弹性模量比合金钢、铜合金大,在相同条件下,压力形变系数小,砝码可以不按顺序编号排放。为了工作方便,建议购买活塞和活塞筒材料为碳化钨的活塞式压力计。

      压力值与活塞的有效面积有关,每台活塞式压力计有效面积不同,即使是同一厂家同一型号的活塞式压力计有效面积也有差异,活塞式压力计的专用砝码不能互用,专用砝码应专台专用。

 

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