折算质量对活塞式压力计专用砝码的影响

张振彦　冯齐斌　张丽萍 / 上海市计量测试技术研究院

折算质量对活塞式压力计专用砝码的影响

张振彦冯齐斌张丽萍 / 上海市计量测试技术研究院

0　引言

在常用的压力计量范围内，活塞式压力计是目前最理想的压力计量仪器。由于具有准确度高、性能稳定、测量范围广、使用方便等优点，使其在压力计量技术中占有重要的地位。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标准器。对于一台活塞式压力计，一般先检定其活塞的有效面积，再根据有效面积的数据计算其专用砝码，其砝码质量的计算公式

式中：m — 专用砝码、活塞及其连接零件质量，kg；

p — 被测量压力值，Pa；

A0— 被检活塞式压力计有效面积，m2；

g — 活塞式压力计使用地点的重力加速度，m/s2

其中m应为真空质量，但一般实验室不具备测量砝码的真空质量的条件，只能测量砝码的折算质量，两者是完全不同的概念。

1　折算质量与真空质量的关系

真空质量，即一物体（砝码）在真空中的质量。测量砝码的真空质量需要专用的真空天平，由于价格原因，一般实验室不会具备真空天平。

折算质量，即折算质量值：一物体在约定温度和约定密度的空气中，与一约定密度的标准器达到平衡，则标准器的质量即为该物体的折算质量。约定温度为20 ℃；约定的空气密度为1.2 kg/m3；砝码折算质量的约定密度ρm为8 000 kg/m3。折算质量值mc与真空中质量值m 的关系式：

将砝码送至相关部门进行检定或校准后，其给出的值即是砝码的折算质量。

2　误差分析

如果不使用折算质量会产生多大的误差呢？这取决于使用砝码的密度。

举例分析说明：

量程为0.1～6 MPa的活塞式压力计计算0.5 MPa的砝码质量，其有效面积A0= 0.500 110 cm2，按照上海的重力加速度g = 9.794 6 m/s2计算。

如果该砝码的材料是钢ρm= 7 800 kg/m3，则其真空质量m = 2 553.381 g，折算质量mc= 2 553.371 g，相对误差0.000 4%。

由以上计算可以看出两个问题：

第一，砝码在实际使用中不能完全按照JJG 59-2007《活塞式压力计》计算其质量。由于规程上只写了计算公式，未强调该质量是真空质量还是折算质量。JJG 1086-2013《气体活塞式压力计》强调了该质量是真空质量，并标明了真空质量和折算质量的换算公式。如果完全按照JJG 59-2007计算砝码质量，材料为钢的情况下，0.02级及以下等级活塞式压力计可以忽略因此造成的误差。如果材料为铝的情况下，任何等级的活塞式压力计都不能忽略此误差。

第二，尽管钢和铝材料密度不一样，但经过计算两者的折算质量非常接近，几乎一样。这是由于将式（2）代入式（1）后，

式中忽略了空气密度和砝码的材料密度，砝码的折算质量只和重力加速度及活塞的有效面积相关。

3　利用活塞原理的压力计的误差分析

同样的问题还出现在其他利用活塞原理的压力计上，如活塞式压力真空计，双活塞式压力真空计，浮球式压力计。但由于其他压力计准确度一般不高，最高只有0.02级（双活塞式压力真空计），砝码的最大允许误差为0.003%，而且砝码材料一般都是钢，因此造成的误差也可以忽略。

4　结语

活塞式压力计是在压力计量中占有重要地位的一种计量标准仪器，由于具有很高的准确性和稳定性，故在压力计量领域使用十分广泛。使用者如果完全按照JJG 59-2007检定砝码，未搞清楚真空质量和折算质量间关系的话，会对最终结果产生一定的影响。尤其是当砝码材料不是钢时，会产生较大误差。建议再次修订活塞式压力计规程时，强调公式中的m为真空质量，并增加真空质量和折算质量的换算关系。在实际使用中如将式（4）作为参考，可能更为方便。

［1］ 全国压力计量技术委员会.JJG 59-2007［S］.北京：中国计量出版社，2007.

［2］ 全国压力计量技术委员会.JJG 1086-2013［S］. 北京：中国计量出版社，2013.

［3］ 全国质量密度计量技术委员会.JJG 99-2006［S］. 北京：中国计量出版社，2006.

［4］ 李燕华.活塞式压力计专用砝码质量在计算和修正中的问题［J］.计量技术，2007，4：50-52.

［5］ 顾曦.折算质量与真空质量的换算［J］.计量与测试技术，2009，36 （5）：51-52.