气体活塞式压力计
一种力平衡气体活塞压力计原理及实验验证
一种力平衡气体活塞压力计原理及实验验证李建英，贺晓雷，于贺军（中国气象局气象探测中心，北京 100081）摘要：本文介绍了一种新型微小表压和绝压测量的力平衡式气体活塞压力计的工作原理、压力复现的计算公式以及不确定度等，并在表压状态下,通过与标准比对的方式，对该气体活塞压力计的原理及宣称的不确定度进行了实验验证，实验结果证明了厂商给出不确定度指标的正确性。
关键词：FPG气体活塞压力计；工作原理；测量压力计算；实验验证The Principle and Verification of A Force Balanced PistonPressure GaugeLi Jianying, He Xiaolei, Yu Hejun(Meteorological Observation Center，China Meteorological Administration，Beijing 100081) Abstract:The uncertainty analysis of the FPG8601 gas piston pressure gauge is taken in the gauge mode in this paper. The obtained result of the FPG8601 gas piston pressure gauge uncertainty is 30ppm.Based on the FPG8601 gas piston pressure gauge uncertainty analysis, test had been taken for verifying the uncertainty result of FPG8601 with comparison method to primary standard, the analysis result is confirmed by the test.Key Words: F PG8601 gas piston pressure gauge, Operation principle, pressure Calculation, Verification test.1 引言FPG8601气体活塞压力计（以下简称FPG）是国家气象计量站于2008年从美国DHI公司引进，其测量范围从10Pa~15kPa，不确定度为30ppm(k=2)，将其作为微小压力测量的压力标准器。
活塞式压力计的操作
活塞式压力计的操作活塞式压力计是一种测量压力的仪器，主要由压力计体、活塞、压力弹簧、观察窗等组成。
该仪器采用活塞推压量的原理来测量压力大小，因此操作时需要注意一些重要的步骤。
操作步骤1.对仪器进行检查：在进行测量前，先要对仪器进行检查，确认压力计体是否完好无损、活塞是否灵活运动，并检查压力弹簧是否变形或老化。
2.压力计体放置：将压力计体放在平稳的水平面上，以保证其在使用时的稳定性。
3.调整压力弹簧：使用调节机构可以调整压力弹簧的预紧量，根据需要调整预紧量，以使得测得的压力值更加准确。
4.插入被测管路：将被测管路直接插入到压力计的观察窗口中，注意管路的紧密连接，以避免漏气的影响。
5.进行压力测量：插入被测管路后，使用手拉动活塞，进行压力测量。
在操作时，要注意使用适当的力量，避免过度用力导致读数不准确。
6.读取压力值：在压力计压过程中，可以通过观察压力计体内的活塞位置，来读取不同压力值时的位置数据。
根据读数指示值，即可得到被测管路内的压力值。
7.记录测量数据：在完成压力测量后，要及时记录测量数据，包括测量时间、测量值等信息。
同时，也要将测量仪器及时清洗，准备下一次的使用。
注意事项1.保持清洁：在使用活塞式压力计时，要注意保持清洁，避免尘土等物质进入压力计体内，影响测量的准确性。
2.避免过度用力：在操作活塞式压力计时，也需要注意力度的控制，避免过度用力导致测量数据不准确。
3.避免温度影响：活塞式压力计对温度的敏感性较高，在操作前需要保证仪器和被测物品的温度相同，以避免温度影响测量结果。
4.正确存放：在使用完活塞式压力计后，要将其正确地存放在干燥通风的地方，以防止仪器内的松弛过度，影响压力计的准确性。
结论活塞式压力计是一种简单、易于操作的压力测试仪器，可以广泛应用于各种压力测量领域。
在进行操作时，需要注意保持稳定性、力度控制、温度影响等因素，以确保测量结果的准确性。
测量气体活塞式压力计有效面积时气柱差的误差分析
直 接平衡法 （ 全压 法） ：是利用 流体静 力平衡 原理 ，
通 过 已知标准活塞 压力 计底 端 的压力 ，得 到被 测活塞 压 力计 活塞底端 的压力 ，并 通 过变换 压力 定义公 式 ，求 得 被测 活塞 的有效 面积 。即通过公式 （ ）计算 。 １
Ｅｒ ｏ ｒ ｒ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＧ ａ ｌ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｄ ｉ ｅ ｓ ｉ ｆｅ ｔｖ ｒ ａ ｏ ａ ｓｏ ａ ｅ ｌ ｓｓ ｏ ｓ Ｃｏ ｕｍ Ｄ ｆ ｒ ｎｃ ｕｒｎｇ Ｍ ａ ｕｒｎｇ Ｅｆ ｃ ｉ ｅ Ａ ｅ ｆＧ ｓ Ｐｉｔ ｎ Ｇ ｕｇ
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活塞式压力计的操作步骤
活塞式压力计的操作步骤活塞式压力计是广泛应用于工业生产和实验室测试中的一种压力测量工具。
本文将介绍活塞式压力计的操作步骤，帮助初学者快速上手使用该仪器。
仪器简介活塞式压力计是一种机械式压力计，其测量原理是利用活塞在管道中移动受到压力的变化而引起的位移，通过测量位移的大小来判断管道中的压力大小。
该仪器有以下特点：•量程广，可测量范围从0至1000bar；•手动操作，无需电源；•体积小，便于携带和使用。
操作步骤步骤一：检查仪器在使用前，需要检查仪器是否运作正常，包括检查活塞的密封性能、指针指示准确性和量程范围等。
步骤二：准备工作将活塞式压力计置于平稳的水平面上，松开活塞锁紧螺母，将活塞转至最低处。
准备好压力管道和相关附件装置。
步骤三：连接仪器将压力管道与仪器连接，注意保持连接紧密、稳定，以免产生泄露。
步骤四：充气打开压力源，让气体流入仪器中，观察压力表的指针是否随着气体的增压而上升。
当指针停止运动时，记录下气体达到的压力值。
步骤五：读取数据一旦压力稳定并且已记录压力值，就可以从仪器的压力表上读取该值。
如果需要多次测量，重复步骤四和步骤五直至可靠数据收集。
步骤六：释放气体关闭压力源并缓慢松开活塞锁紧螺母，放松活塞并释放气体。
注意事项在使用活塞式压力计时，需要注意以下事项，以确保测量的准确性和安全性：•不要使用超出仪器量程的压力；•不要用手直接转动活塞，以免受伤；•注意维护仪器密封性，保持仪器清洁；•在使用前，需要仔细阅读说明书并遵循正确的操作流程。
结论活塞式压力计是一种重要的测量工具，广泛应用于工业生产和实验室测试中。
本文介绍了活塞式压力计的操作步骤，希望能够帮助初学者了解该仪器的基本使用方法。
在使用时，需要注意细节，并遵循正确的操作流程，以确保仪器的准确性和安全性。
活塞式压力计的基本原理及应用
图2
活塞/活塞筒（活塞系统组件）的类型 对活塞压力计测量结果影响最大的因素
（尤其在高压力时）是压力对活塞有效面积的 影响。这就是我们通常所说的“压力形变系 数”。基于以上认识，我们通过多种方法对活 塞系统组件加以完善，力图消除或减小“压力 形变系数”对测量结果的影响。
最典型的活塞系统组件有三种结构形式， 分别叫做“基本型”、“复入型”和“可控间 隙型”。这三种结构形式的活塞系统组件由于 其易实现性和商业上的可行性，至今仍被广泛 采用。
环境： gl - 978.72346 cm/sec2
P(ref) - 大气 ρa - 0.00118 gm/cm3
h - 0 cm (无高度差)
根据式（10）可计算所需的砝码质量 M a
（表观值），也可用下式计算：
( ) Pr • Ao • 1+b1 • p +b2 • p 2 •(1+c•θt )
活塞式压力计又称为静重式压力计，是利
用流体静力平衡原理及帕斯卡定律工作的仪
器。
流体静力平衡是通过作用在活塞系统的力值
与传压介质产生的反作用力相平衡实现的。活塞
系统由活塞和缸体（活塞筒）组成，二者形成极
好的动密封配合。活塞的面积（有效面积）是已
知的，当已知的力值作用在活塞一端时，活塞另
一端的传压介质会产生与已知力值大小相等方向
活塞式压力计的基本原理及应用
作者： Kurt Solis 德鲁克集团美国罗斯卡仪器公司 技术副总裁 P.O. Box 630009, Houston, TX 77263-0009, USA
翻译：董春虎 代表处经理 英国德鲁克有限公司北京代表处
摘要：本文对活塞压力计的工作原理、结 构类型、误差因素进行了较为详细的介绍，并 结合具体实例，对活塞压力计的不确定因素进 行了定量分析。
气体活塞式压力计
气体活塞式压力计一、概述：气体活塞式压力计，是利用流体静力平衡（即作用在活塞有效面积上的流体压力与其所负荷的重力相平衡）原理进行压力测量的计量器具，一般由活塞系统、专用砝码、压力校验器组成，另外还需配备相应的气源或自带压力泵。
其量程为：-100kPa～0kPa～600kPa～10Mpa压力的传递介质和活塞的润滑介质都是气体。
用气体做工作介质的活塞压力计与用液体做工作介质的活塞压力计相比较，具有延续时间长、灵敏度高、重复性好，测量数据准确可靠等特点。
可测量表压、绝压、负压等测压模式。
活塞杆使用不锈钢或碳化钨材料，活塞筒使用碳化钨材料。
从而保证活塞具有不锈、耐磨、形变系数小和使用寿命长等优点。
一台气体活塞压力计底座可以配置几种不同量程的活塞，既保证压力计有很宽的测量范围，又能保证各测量段的准确度。
公司从1995年开始生产气体活塞压力计，目前气体活塞的各项技术指标已经接近和达到世界先进水平。
二、作用：气体活塞压力计是高准确度压力标准器，用气体做工作介质，可量传活塞式压力计、测量和校准表压、绝压、压力（负压）等。
活塞压力计的活塞杆材料是碳化钨，活塞筒材料是碳化钨。
从而保证活塞具有耐磨和使用寿命长的特点。
用气体做工作介质的活塞压力计与用液体做工作介质的活塞压力计相比较，由于它们使用的工作介质不同，所以气体活塞压力计活塞的自转延续时间长、灵敏度高、重复性好，测量数据准确可靠。
工作介质更加清洁，其活塞系统无需油润滑，能够提供灵敏度高的计量设备校验，校准过程简单化，极大地缩短工作时间。
气体活塞去除了液位差误差，所以准确度高，去除了液体介质传递的滞后性，所以灵敏度高。
●活塞和活塞筒经精工研磨，其圆度误差和间隙极小，因而极大的提高活塞转动延续时间，也就相应减小活塞摩擦力，提高活塞鉴别力。
●两个被检表接头处设计有两个截止阀，截止阀能及时关闭被检系统之间的压力。
由于活塞式压力计在加减砝码时，必须减压将活塞降下来，而被检精密压力表、压力变送器、传感器等和系统之间若不能被截止，表中的压力会随着活塞升降而升降，则考核不出被检表的回程误差，特意设计的压力转换阀，在关闭时，可不用砝码单独工作，即活塞压力计套子可作为压力泵或压力源独立使用。
0.01级气体活塞式压力计活塞有效面积测量不确定度的评定
186 军民两用技术与产品 2018·6（下）文章编号：1009-8119（2018）06（2）-0186-02引言气体活塞式压力计由于具有其特有的优点，使用已经日益广泛。
为了填补此项空白，2013年10月国家实施气体活塞式压力计检定规程，本文采用JJG1086-2013《气体活塞式压力计》检定规程进行评定。
1 测量方法采用精度为0.005级、量程为（-100～400）kPa 的标准器来校准一台精度为0.02级、量程为（-100～400）kPa 的活塞式压力计为例进行评定。
采取起始平衡法对0.02级活塞式压力计的活塞的有效面积的校准，即将被校0.02级活塞系统装于0.005级标准接口上，按规定调节好标准与被校活塞系统的垂直度，在校准时将0.005级标准的两套砝码按校准点标称压力分别加于0.005级标准和被校活塞系统承重盘上并加压至两活塞浮起在平衡点上，使活塞旋转消除静磨擦。
通过投影系统用加小砝码方法使两活塞系统保持起始平衡位置，从而测得0.005级标准和被校活塞的砝码质量比值。
通过有效面积比可计算出被校有效面积。
2 测量模型被检活塞有效面积；级标准活塞有效面积；加在被检活塞上（）及0.02级标准活塞（mp ）的砝码质量之比：引起的相对标准不确定度的影响，上式变为：3 气体活塞式压力计活塞有效面积测量不确定度评定3.1 0.005级标准活塞式压力计所引入的相对标准不确定度 ，用B类标准不确定度评定上一级传递给出的0.005级标准活塞有效面积相对扩展不确定度为，置信概率，k=1.96。
3.2 被校活塞式压力计测量重复性引入的相对标准不确定度用A 类标准不确定度评定。
本试验以校准一台标称活塞有效面积为2.002568cm 2的活塞来进行，重复测量6次，得到其平均值为2.002566cm 2。
具体数据见下表1。
根据贝塞尔计算公式，计算重复性引入的不确定度并转化成相对不确定度：3.3 加在0.01 级被校活塞压力计上砝码引入的相对标准不确定度，用B类不确定度评定0.005级标准活塞压力计配重砝码允许偏差为±0.001%，其最：3.4 环境温度影响引起的相对标准不确定度，用B类不确定度评定：，为被检活塞筒活塞名义面积，为温度偏差量。
0.01级气体活塞式压力计标准装置不确定度评定及重复性、稳定性
刘加滨\邹伟2(I .山东省天然气管道有限责任公司，山东济南250000 ;2.中国石化天然气分公司计量研究中心，湖北武汉430079)摘 要：介绍了 〇.〇丨级气体活塞式压力计标准装置的组成、测量原理及意义，分析测量过程中各影响因素并评定各不确定度分量，计算标准装置的合成不确定度，并验证了标准装置的性能。
结果表 明，标准装置扩展不确定度t/=1.9k P a 〇t =2),可以在授权范围内开展0.05级及以下数字压力计、压力 变送器、精密压力表的检定/校准工作。
关键词：压力标准装置；不确定度评定；性能验证中图分类号：TH 812.4文献标识码：A文章编号：1004-0935 ( 2020 ) 07-0823-03压力仪表的应用非常广泛，几乎遍及所有的工 业、科研等领域。
为满足大量压力仪表的检定需要，国家、地方行政部门以及部分企业单位相继建立了 不同等级的压力计标准装置。
中国石化天然气计量 站研究建立了一套企业最高标准——0.01级气体活塞式压力计标准装置，测量范围（0.2 ~ 16) M P a , 准确度等级0.01级。
根据j J F 1033-2008《计量标准 考核规范》IN 的要求，对标准装置进行了重复性试 验和稳定性考核,确认了计量标准装置的工作性能。
本文将根据JJ F 1059.1-2012《测量不确定度评定与 表示》121对标准装置不确定度进行评定…'1气体活塞式压力计标准装置1.1组成标准装置主要由气体活塞式压力计、压力控制 器、多功能校验仪、绝缘电阻表、耐电压测试仪、 直流稳压电源等组成。
1.2工作原理标准装置的工作原理是利用力的静平衡原理， 即作用于活塞杆下端面的液体压力所形成的力与施 加在上端面的专用砝码（包括活塞杆及其连接件） 产生的重力相平衡，原理框图如图1。
2不确定度评定2.1被检压力变送器的规格测量范围：〇~ 10 M P a ;准确度等级：0.05级；输出电流••（4~20) mA。
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气体活塞式压力计
概述：
随着国内计量行业的发展，原有的气体介质油润滑的真空活塞式压力慢慢退出了历史的舞台，取而代之的是气体活塞式压力计，纯气体活塞式压力计压力稳定可靠，大大提高了活塞压力计的灵敏度和不确定度，为高精度计量提供了完美的标准仪器。
用途：
气体活塞压力计是高准确度压力标准器，用气体做工作介质，可测量和校准表压、绝压、真空压力（负压）等。
活塞压力计系统采用碳化钨材质。
从而保证活塞具有不锈、耐磨和使用寿命长的特点。
用气体做工作介质的活塞压力计与用液体做工作介质的活塞压力计相比较，由于它们使用的工作介质不同，所以气体活塞压力计活塞的自转延续时间长、灵敏度高、重复性好，测量数据准确可靠。
特点：
1.活塞系统采用碳化钨材质，耐磨，温漂系数小，使用寿命长。
2.压力范围-100KPa~600KPa内任选
3.满足JJG1086-2013《气体活塞式压力计检定规程》区别传统油润滑气体活塞压力计。
4.压力接口为快速接口，方便快捷。
5.阀门采用独特设计，调压方便。
6.可选温度、压力、下降数字指示系统，方便快捷。
7.正负压切换，方便快捷。
8.测量范围：名义标称测量范围与实际测量范围一致。
9.活塞系统可以方便拿出送检（不用携带沉重的主机台）
10.可作为传递用检定活塞式压力计；也可高精度测试用。
可配kg砝码和MPa砝码。
11.加压系统先进，轻便耐用！
12.砝码采用挂篮结构，重心低，稳定性极好。
13.每台均出具西北计量测试研究院《检定证书》
技术规格：
产品型号压力范围（MPa）精度等级使用介质
FKQ-0.25 -0.1~0.25 0.05%
0.02%
0.01%
0.005% 纯净氮气
FKQ-0.6 -0.1~0.6 纯净氮气。