专利名称：压力计有效面积测定方法
技术领域：
本发明涉及一种压力计有效面积测定方法，适用于活塞式压力计 有效面积测定，也适用于浮球式压力计有效面积测定。
背景技术：
活塞式压力计是一种测量压力的标准计量器具，活塞有效面积是 活塞式压力计的最主要技术指标。
活塞式压力计活塞有效面积的测定目前是按照国家计量检定规程
规定的方法进行。这些规程分别为
JJG 59-2007《活塞压力计检定规程》；
JJG 236-1994《一等标准活塞式压力真空计》；
JJG 51-2003《带平衡液柱活塞式压力真空计检定规程》；
JJG 239-1994《二、三等标准活塞式压力真空计》；
JJG 942-1998《浮球式压力计》。
现有计量检定规程规定的方法为
将已知面积的标准活塞1和待测定面积的被检活塞2安装于同一 压力校验器上，在二活塞上分别施加砝码nu和m2。将活塞升至工作位 置并处于工作状态，通过调整iih和Oh使两活塞处于工作位置。由于两 活塞安装于同一校验器上，平衡状态下，此时二活塞下端面的压力相 等
附lg 二附2g
故有4=^4
附i
式中Ai——标准活塞的有效面积； A2——祐j全活塞的有效面积。 W和&——施加于活塞的专用砝码质量，含活塞及其连接
零件质量。
该方法称为平纟紆法。
"工作状态"是现有的规程中规定的，是现有技术， 一般是指(l) 对于活塞式压力计，活塞到达指定位置并且按照规程中的规定转速转 动；(2)对于浮球式压力计，在规定的流量下，浮球处于自由悬浮状 态。
4上述方法通过人工观察两活塞的上升和下降趋势，确认活塞是否
达到平衡状态，故容易产生以下问题
1 )人式观察判定平衡状态，无法进行数据自动采集。
2) 在较低压力(尤其对气体活塞和浮球)时，活塞上升和下降均 较慢，费时较长且平衡状态不易判定。
3) 在活塞之一下降速度较大时，平衡状态不易判定。
4) 用高等级浮球式压力计测定低等级浮球式压力计有效面积时， 无法实现平衡。
发明内容
本发明的目的就是针对上述的不足，提供一种结构相对简单、易 于实现、测量精度高的活塞式压力计有效面积测定方法和装置。
本发明提供的压力计有效面积测定方法，通过标准压力计测定被 检压力计，包括测量步骤和计算步骤，测量步骤中包括了测量标准压 力计和被检压力计之间的差压的步骤，是通过在标准压力计和被检压 力计之间设置差压测量装置实现的。差压测量装置一般为差压变送器 或差压传感器。
由于增加了差压测量装置，这样，压力计有效面积测定方法为 所述测量步骤为
(1 )分别将标准压力计和被检压力计连接到差压测量装置和压力 源；浮球连接有气源，气源是浮球式压力计中必须的，气源为气泵或 气瓶。
(2 )标准压力计上加》文质量为nh的砝码，净皮检压力计上加i丈质量 为iih的砝码，这两个砝码加在两个活塞上，预计产生相同的标称压力； (3)工作状态下，差压测量装置测得差压为AP; 所述计算步骤为
工作状态下堅-M + AP (1)
4 4
式中g——重力加速度；
△ P——两压力计之间的差压；
Ai--标准压力计的有效面积；
A2--被检压力计的有效面积。
/ ,和化--施加于两压力计的专用砝码质量，含活塞或浮球及其连接零件质量。
为消除差压测量装置的静压误差对测量结果的影响，采取下述步
骤对每个测量点的静压误差进行修正在每一个测量压力点，使差压测量装置两端连通，测量其静压误差为APa,然后再使差压测量装置两端隔断，测量标准压力计和祐j企压力计的差压为APb,则AP-APb-APa,将AP带入公式(2),得出更加精确的被检压力计的有效面积A2。
为消除两压力计之间的下端面高度差的影响，可以采取如下方法(1 )加修正值法当标准和被检活塞下端面不在同一水平面时，应根据气柱(或液柱)高度差对J户加修正值P hg。
(2)起始点法首先规定一压力点为起始点，在标准压力计上加放砝码nh。、在被检压力计上加》文砝码m2。，测得该点差压为AP。；在测量点对标准压力计力。》文砝码mu 、被才企压力计力口》文碰码m21,测得该点差压为APL;贝'J △ P = P！ - △ P0, nu-mu-nho, m2 = m21 - m20 , 带入乂>式(2)得出更加精确的被检压力计的有效面积A2。
为防止测量过程中，差压测量装置承受单向静压，可以设置一些阀门，这些岡门可以用手动4f阀，也可以用电》兹阀。在标准压力计与压力源之间有第一阀门Kl，在被检压力计与压力源之间有第二阀门K2，在标准压力计和差压测量装置之间有第三阀门K3，在被检压力计和差压测量装置之间有第四阀门K4,在标准压力计与被检压力计之间、与差压测量装置并联有第五阀门K5。但是在实际应用中有不同的选择方式，不需要全部都有，特别是分别针对活塞式压力计和浮球式压力计组合方式可能会不同，这是显而易见的。
实际中还可以考虑空气浮力的影响，在有关检定规程中有规定，是现有技术。
为了提高测量结果的不确定度，差压测量装置可以采用一组不同量程的装置，以提高测量精度。
在实际应用中还需要对差压测量装置进行选择， 一般为差压变送器或差压传感器。有如下要求
1 )、测量范围
测量上限不应大于，两活塞最大可能差压值，该值可以根据相关技术标准中有效面积对标称的允许偏差值求出。2)、耐静压值
应不小于被检压力计的测量上限。3)、准确度等级
差压测量装置的测量误差引起的不确定度分量与被检活塞有效面积允许误差的比值应足够小。
本发明提供的压力计有效面积测定方法，结构新颖、使用方便，不需要人工观察平衡状态，解决了以下问题
1、 差压测量装置的数据可通过计算机接口 ，进行自动处理，是实现有效面积自动测量的关键技术。
2、 特殊情况下难以判定平衡状态的问题，使测量结果更加客观。
3、 用浮球式压力计作标准测定浮球式压力计有效面积问题。由此可见，本发明可以广泛应用于活塞式压力计和浮球式压力计
中有效面积测定试验中，具有很高的现实意义。
图1是本发明实施例1和实施例2的结构原理图；图2是本发明实施例3和实施例4的结构原理图；图3是本发明实施例5的结构原理图；图4是本发明实施例6的结构原理图；图5是本发明实施例7的结构原理图。
其中，l.标准活塞，2.被检活塞，3.差压测量装置，4.压力源，5.被检浮球压力计，6.标准浮球压力计，7.气源，K1 K5为阀门。
具体实施例方式
下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。实施例1 (基本应用)
一种压力计有效面积测定装置，如图1所示，应用于活塞式压力计的有效面积测定，包括标准活塞l、被检活塞2、压力源4、差压测量装置3，差压测量装置3选用差压变送器3，其中，标准活塞1与差压变送器3正压端相接，并通过第一阀门Kl与压力源4连接；被检活塞2与差压变送器3负压端相接，并通过第二阀门K2与压力源4连接。
1 )首先选择差压变送器，以测定0. 25MPa的0. 05级(二等)活塞式压力计有效面积为例。
测量范围根据活塞式压力计国家标准，0. 05级(二等)活塞的有效面积与标称值允许最大差值为±0.4%。即，Zl户的最大值为
0. 4% x o. 25MPa = ± lkPa故选择的差压变送器的测量范围不应小于0~ 士lkPa。耐静压值应不小于活塞式压力计测量上限0. 25MPa。准确度等级0. 05级(二等)活塞有效面积不确定度为0. 1%，要求由差压变送器测量误差引起的不确定度忽略不计，则差压变送器的测量误差应小于0.05级(二等)活塞有效面积误差引起不确定度的1/5。
对0. 25MPa0. 05级(二等)活塞，最小测定点为0. 05MPa,最大测定点为0. 25MPa。对应于最小测定点，要求差压变送器的允许误差不大于
0. 05MPa x 0. 02%/5 = 0. 002kPa若选用土lkPa的差压变送器，则其引用误差为
0. 002kPa/2 kPa-O.1%即选择的差压变送器应不低于0. 1级。2 )应用方法为
对第一个测量点(0.05MPa),在两活塞上分别加放大约能产生0. 05MPa压力的专用砝码范;和恥，压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞对应的阀门，继续升压至另 一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到工作状态，即，活塞到达指定位置并且按照规程中的规定转速转动，读取差压变送器3上的差压值为」户。
则有ZM-， + A/>
故4=~^~4，即为被检活塞2的有效面积。
如需考虑空气浮力的影响，计算公式可写为毛=
式中
——空气密度；
/^一一砝码材料密度；
Ai——标准压力计的有效面积；
A2--被4企压力计的有效面积。
以后的测量点，与第一测量点方法相同。
公式中的島和z^均含活塞(或浮球)及其连接零件的质量，以下相同。
实施例2 (静压误差的修正)
8一种压力计有效面积测定装置，如图1所示，应用于活塞式压力
计的有效面积测定，包括标准活塞l、被检活塞2、压力源4、差压测量装置3，差压测量装置3选用差压变送器3,其中，标准活塞1与差压变送器3正压端相接，并通过第一阀门Kl与压力源4连接；祐:;险活塞2与差压变送器3负压端相接，并通过第二阀门K2与压力源4连接。应用方法为
对任一测量点，在两活塞上分别加放大约能产生预定压力的专用砝码恥和恥，压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞对应的阀门，使活塞达到工作状态，读取差寻变送器3上的差压值为JA;继续升压至另一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到工作状态，读取差压变送器3上的差压值为J A。贝'J:
实际差压值为
被检活塞在该测量点的有效面积为
式中
——空气密度；p,——砝码材料密度；
A!--标准压力计的有效面积；
A2--被检压力计的有效面积。
公式中的范,和恥均含活塞及其连接零件的质量。实施例3 (气(液)柱差修正方法1 )
一种压力计有效面积测定装置，如图2所示，应用于活塞式压力计的有效面积测定，包括标准活塞l、被检活塞2、压力源4、差压测量装置3,差压测量装置3选用差压变送器3，其中，标准活塞1与差压变送器正压端相接，并通过第一阀门Kl与压力源4连接；被检活塞2与差压变送器负压端相接，并通过第二阀门K2与压力源4连接。由于活塞结构不同，活塞1的下端面比活塞2的下端面高力。应用方法为
对任一测量点，在两活塞上分别加放大约能产生预定压力的专用砝码/z ;和恥，压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞对应的阀门，继续升压至另一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到工作状态，读取差压变送器3上的差压值为zl凡身.-被检活塞在该测量点的有效面积为
」2 _吋 4
式中
At--标准压力计的有效面积；
A 2--#皮检压力计的有岁支面积。
p——系统工作介质在工作压力下的密度。实施例4 (液柱差〗务正方法2)
一种压力计有效面积测定装置，如图2所示，应用于活塞式压力计的有效面积测定，包括标准活塞l、被4全活塞2、压力源4、差压测量装置3,差压测量装置3选用差压变送器3,其中，标准活塞1与差压变送器正压端相接，并通过第一阀门Kl与压力源4连接；被检活塞2与差压变送器负压端相接，并通过第二阀门K2与压力源4连接。由于活塞结构不同，活塞1的下端面比活塞2的下端面高力。应用方法为
以6MPa的活塞式压力计为例。
首先选定一个较低的压力点(如lMPa)为起始点。在两活塞上分别加放大约能产生起始点压力(lMPa)的专用砝码恥,和/ 抬压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞对应的阀门，继续升压至另一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到工作状态，读取差压变送器3上的差压值为」/V
对任一测量点，在两活塞上分别加放大约能产生预定压力的专用砝码化；和恥;，压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞对应的阀门，继续升压至另一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到工作状态，读取差压变送器3上的差压值为」A。身.-
/ j =巡2 =
被#r活塞在该测量点的有效面积为
附^ —A/*4
式中
A!--;f示准压力计的有岁丈面积；
A2--被检压力计的有效面积。实施例5 (多个差压计的情况，适合于高准确度等级活塞)
一种压力计有效面积测定装置，如图3所示，应用于高准确度活塞式压力计的有效面积测定，包括标准活塞l、被检活塞2、压力源4和五个并联的差压测量装置，五个差压测量装置选用差压变送器，其中，标准活塞l通过阀门K3-l ~ K3-5分别与五个差压变送器正压端相接，通过阀门Kl与压力源4连接；被检活塞2通过阀门K4-l ~ K4-5分别与五个差压变送器负压端相接，并通过阀门K2与压力源4连接。
1 )首先选择差压变送器，以测定0. 25MPa的0. 02级( 一等)活塞式压力计有效面积为例。
0. 25MPa的0. 02级( 一等)活塞式压力计需要5个测量点0. Q5MPa、0. lMPa、 0. 15MPa、 0. 2MPa、 0. 25MPa,每个测量点对应一个差压变送器
测量范围根据活塞式压力计检定规程，0. 02级( 一等)活塞的有效面积与标称值允许最大偏差为± 0. 2%。第一个测量点」户的最大值为
4尸譜=± 0. 2% x o. 05MPa = ± 0. lkPa第一个差压变送器的测量范围不应小于0~ ± 0. lkPa。第二个测量点4尸的最大值为± 0. 2kPa
第二个差压变送器的测量范围不应小于0~ ±0. 2kPa。第三个测量点zi 的最大值为/\凡 = ± 0. 3kPa
第二个差压变送器的测量范围不应小于0~ ± 0. 3kPa。第四个测量点zl尸的最大值为± 0. 4kPa
第二个差压变送器的测量范围不应小于0~ 土0.4kPa。f五个测量点zl户的最大值为:zl/U=±0. 5kPa
第二个差压变送器的测量范围不应小于0~ ± 0. 5kPa。耐静压值应不小于活塞式压力计测量上限0. 25MPa。准确度等级0.02级(一等)活塞有效面积允许误差为0.01%,要求由差压变送器测量误差引起的不确定度忽略不计，则差压变送器的测量误差应小于0. 02级( 一等)活塞有效面积允许误差引起不确定度的1/5。
对第一测量点，要求差压变送器的允许误差不大于
0. 05MPa x 0. 01%/5 = 0. OOlkPa若选用± 0. lkPa的差压变送器，则其引用误差为
0. OOlkPa/0. 2kPa=0. 5%即选择的差压变送器应不低于0. 5级。
同样可以算出第二 ~第五测量点的差压变送器均不低于0. 5级。 2)应用方法为
对第一个测量点(0. 05MPa),打开第一测量点对应的差压变送器 两端的阀门K3-1,K4-l，关闭K5-l;关闭其它测量点对应的差压变送器 两端的阀门K3-2 ~ K3-5， K4-2 ~ K4-5，打开K5-2 ~ K5-5;
在两活塞上分别加放大约能产生0. 05MPa压力的专用砝码恥和恥， 压力源4对两活塞施加压力，关闭首先达到工作位置的活塞与压力源 之间的阀门，继续升压至另一活塞也达到工作位置。使两活塞都达到 工作状态，即，活塞到达指定位置并且按照规程中的规定转速转动， 读取差压变送器3-1上的差压值为4户。
则该测量点处^皮检活塞2的有效面积为
附《-A/M,
以后的测量点，与第一测量点方法相同。 实施例6 (活塞测浮球)
一种压力计有效面积测定装置，如图4所示，用活塞式压力计测 定浮球式压力计的有效面积，包括标准活塞l、被检浮球压力计5、差 压测量装置3、压力源4，气源7 ,差压测量装置选用差压传感器， 即3为差压传感器，标准活塞1的有效面积已知为A,被检浮球压力 计5的有效面积未知为A。
应用方法为
对任一测量点，打开阀门K3, K5,关闭K4。
在活塞和浮球上分别加放大约能产生预定压力的专用砝码恥和 恥，开通浮球压力计的气源7，压力源4对活塞施加压力，当活塞达到 工作位置时，使活塞和浮球均处于工作状态。
关闭阀门K5，打开K4.
读取差压变送器3上的差压值为JA则
被检浮球在该测量点的有效面积为
实施例7 (浮球测浮球)
一种压力计有效面积测定装置，如图5所示，为浮球式压力计有 效面积的测定，包括标准浮球式压力计6、被检浮球压力计5、差压测量装置3、气源7,差压测量装置选用差压变送器，即3为差压变送器， 标准浮球式压力计6的有效面积已知为A，净皮检浮J求压力计5的有效 面积未知为A。 应用方法为
对任一测量点，打开阀门K5,关闭K3， K4.
在两浮球上分别加放大约能产生预定压力的专用砝码/ ;和恥，开 通浮球压力计的气源7,使两浮球均处于工作状态。 关闭阀门K3，关闭K5,再打开K4. 读取差压变送器3上的差压值」户，贝，J: 被检浮球在该测量点的有效面积为
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权利要求
1. 一种压力计有效面积测定方法，通过标准压力计测定被检压力计，包括测量步骤和计算步骤，其特征在于测量步骤中包括测量标准压力计和被检压力计之间的差压的步骤。
2. 根据权利要求1所述的压力计有效面积测定方法，其特征在于 所述测量标准压力计和被检压力计之间压差的步骤是通过如下步骤实 现的在标准压力计和被检压力计之间设置有至少 一差压测量装置， 测量差压。
3. 根据权利要求1或2所述的压力计有效面积测定方法，其特征 在于所述测量步骤为(1 )分别将标准压力计和被检压力计连接到差压测量装置和压力源；(2 )标准压力计上加》文质量为iih的砝码，^皮检压力计上加》文质量 为m2的法石马；(3)工作状态下，差压测量装置测得差压为AP; 所述计算步骤为工作状态下ZM-，+ap故4 =m 4式中g——重力加速度；△ P——两活塞系统间的差压； Ai——标准压力计的有效面积； A2--浮皮检压力计的有步文面积；w和恥——施加于两压力计的专用砝码质量，含活塞或浮 球及其连接零件质量。
4. 根据权利要求3所述的压力计有效面积测定方法，其特征在于 所述测量步骤还包括消除差压测量装置的静压误差的步骤在每一个 测量压力点，使差压测量装置两端连通，测量其静压误差为APa,然 后使差压测量装置两端隔断，再测量标准压力计和被检压力计的差压 为APb,则AP= APb- APa。
5. 根据权利要求3所述的压力计有效面积测定方法，其特征在于 所述测量步骤还包括修正标准压力计和被检压力计的下端面高度差的 步骤首先规定一压力点为起始点，在标准压力计上加放砝码iru。、在 被才企压力计上加》支砝码m2。，测得该点差压为AP。；在测量点对标准压力计加》文砝码mn 、净皮检压力计加方文砝码m21，测4寻该点差压为APi; 贝寸△ P = Pi - △ Po， mi = mu — mi0, m2 = m2i — m20 。
6. 实现权利要求1所述方法的压力计有效面积测定装置，标准压 力计和被检压力计连通有一压力源或/和气源，其特征在于在标准压 力计和被检压力计之间设置有至少 一 差压检测装置。
7. 根据权利要求6所述的压力计有效面积测定装置，其特征在于 在标准压力计与压力源之间有第一阀门Kl,在被检压力计与压力源之 间有第二阀门K2,在标准压力计和差压测量装置之间有第三阀门K3, 在被检压力计和差压测量装置之间有第四阀门K4,在标准压力计与被 检压力计之间、与差压测量装置并联有第五阀门K5。
8. 根据权利要求7所述的压力计有效面积测定装置，其特征在 于所述差压测量装置为差压变送器或差压传感器。
全文摘要
一种压力计有效面积测定方法，适用于活塞式压力计有效面积测定，也适用于浮球式压力计有效面积测定。通过标准压力计测定被检压力计，包括测量步骤和计算步骤，测量步骤中包括测量标准压力计和被检压力计之间的差压的步骤。本发明提供的压力计有效面积测定方法和装置，结构新颖、使用方便，不需要人工观察平衡状态，可以广泛应用于活塞式压力计和浮球式压力计中有效面积测定试验中，具有很高的现实意义。
文档编号G01L27/00GK101476962SQ20091001400
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者刘继义, 勇 王 申请人:山东省计量科学研究院