CN108692861A - 一种用于活塞式压力计的检定装置及配平方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于压力计检定的技术领域，公开了一种用于活塞式压力计的检定装置，包括增压器，该增压器通过第一管路与标准活塞式压力计连通，通过第二管路与被检活塞式压力计连通，标准活塞式压力计通过第三管路与微差压传感器连通，被检活塞式压力计通过第四管路与微差压传感器连通，该微差压传感器的两端通过第五管路连接，在第一管路上设置有第一阀门，第二管路上设置有第二阀门，第三管路上设置有第三阀门，第四管路上设置有第四阀门，第五管路设置有第五阀门，第一管路和第二管路连通，第五管路的两端分别与第三管路、第四管路连通，在第一阀门和第二阀门之间的管路上设置有微调器、压力传感器。还公布了一种用于活塞式压力计检定的配平方法。

Description

一种用于活塞式压力计的检定装置及配平方法

技术领域

本发明涉及压力计检定的技术领域，尤其涉及一种用于活塞式压力计的检定装置、配平方法、有效面积检定方法。

背景技术

活塞式压力计是一种根据压力定义的原理复现压力量值的计量器具，即一定质量砝码产生的重力作用在活塞的有效面积上产生的压力，压力的大小近似为作用力和有效面积的比值。由于其具有准确度高以及稳定性好等特点，广泛应用于各级社会公用计量标准直及国家基准以及企事业单位最高计量标准，作为这些基准的主标准器，在压力量值传递中起到了举足轻重的作用。因此，确保活塞式压力计量值的高效准确传递便成为压力领域法制计量的重中之重。

根据现有活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007，检定过程中重要的环节是被检活塞有效面积的测量以及活塞下降速率和转动延续时间的测量。在有效面积测量的过程需要在标准活塞或被检活塞上通过添加精确到几十毫克级质量的砝码来平衡两端活塞，使标准活塞和被检活塞在工作位置保持静止平衡或不显著的速度同时下降，并根据配平质量的比值计算出被检活塞的有效面积。这是一项十分耗时的环节，因为平衡前并不知道需要添加砝码的具体质量，需要不断试放砝码并同时观察标准和被检活塞的运动趋势来判断砝码的轻重，最后得到平衡所需的砝码质量。即使是经验丰富的检定员，仍然需要2～3小时左右完成一台活塞的检定。对于做工比较差的活塞，由于活塞杆和活塞杆配合间隙并不均匀或其他原因，平衡点甚至很难找到。同时对于下降速率和延续时间以及数据的记录和处理，目前也是手工测量、手工记录和计算的形式，智能化程度不高，效率十分低下。

在活塞平衡配平过程中存在很大的人为判断误差引入的测量不确定度，因为活塞是否平衡都是由检定员凭肉眼主观判断。有时候不同的检定员配平砝码质量产生的误差能够达到100mg，换算成活塞有效面积产生的误差最高可达0.01％。对于准确度等级0.02级以上的活塞式压力计，这类误差是不可忽略的。而且考虑到活塞间隙本身也存在工作介质的泄露而导致活塞高度的自然下降，这对平衡过程中活塞运动趋势的判断也会造成干扰，造成砝码配平的人为误差，进而引起压力量传的失准。

发明内容

本发明提供了一种用于活塞式压力计的检定装置、配平方法、有效面积检定方法，解决了现有活塞式压力计检定时，需要手工配平，耗时长，效率低，人为误差大等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于活塞式压力计的检定装置，包括增压器，所述增压器通过第一管路与标准活塞式压力计连通，通过第二管路与被检活塞式压力计连通，所述标准活塞式压力计通过第三管路与微差压传感器连通，所述被检活塞式压力计通过第四管路与所述微差压传感器连通，所述微差压传感器的两端通过第五管路连接，

所述第一管路上设置有第一阀门，第二管路上设置有第二阀门，第三管路上设置有第三阀门，第四管路上设置有第四阀门，第五管路设置有第五阀门，所述第一管路和第二管路连通，所述第五管路的两端分别与第三管路、第四管路连通，所述第一阀门和第二阀门之间的管路上设置有微调器、压力传感器，所述压力传感器用于检测管路内部的压力，所述增压器用于向管路内部施加压力，所述微差压传感器用于测量标准活塞式压力计与被检活塞式压力计之间的差压，所述微调器用于对管路内部的压力进行微调。

进一步，所述标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计均包括砝码挂篮和基座，所述砝码挂篮的环形底板的底面均匀设置有黑白相间的扇形栅格，所述基座与环形底板相对的侧面上设置有两个转速传感器，两个所述转速传感器相对于活塞筒对称设置，用于通过对扇形栅格的计数测量环形底板的转速。

进一步，所述基座与砝码挂篮的环形底板相对的侧面上设置有两个位移传感器，所述位移传感器用于测量环形底板的底面与基座之间的距离。

一种基于上文所述的用于活塞式压力计的检定装置的配平方法，包括以下步骤：

步骤一、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量；

步骤二、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值，计算获得精配平砝码的质量，完成配平。

进一步，计算获得粗配平砝码的质量的方法以下步骤：

步骤Ⅰ、关闭第三阀门、第四定阀门，打开第一阀门、第二阀门和第五阀门，通过增压器和微调器的配合使用，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤Ⅱ、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，然后，先关闭第一阀门，再打开第二阀门，通过调整微调器，使被检活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B；

步骤Ⅲ、利用如下方程式，计算粗配平砝码的质量Δm₁，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度；

步骤Ⅳ、若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B，然后，先关闭第二阀门，再打开第一阀门，通过调整微调器，使标准活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，重复步骤Ⅲ，计算粗配平砝码的质量Δm₁。

进一步，计算获得精配平砝码的质量的方法以下步骤：

步骤ⅰ、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤ⅱ、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，g表示重力加速度，

步骤ⅲ、若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度。

进一步，还包括：按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007中起始平衡法的要求，重复步骤一、二进行各个检定点的配平，完成对被检活塞的有效面积的检定。

一种基于上文所述的用于活塞式压力计的检定装置的活塞有效面积的检定方法，包括以下步骤：

步骤①、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量Δm₁；

步骤②、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值ΔP；

步骤③、利用如下方程式，计算被检活塞的有效面积A_B，

其中，S＝(1+a(t-20))(1+λP_i)，P_H＝ρgΔH，A_A表示标准活塞的有效面积，m₁表示标准活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，m₂表示被检活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，g为重力加速度，γ表示表面张力系数，ρ_a表示空气密度，ρ_m表示砝码密度，c表示被检活塞杆的周长，a表示被检活塞的热膨胀系数，t表示被检活塞的温度，λ表示被检活塞的形变系数，Pi表示被检活塞产生的名义压力值,ΔH为被检活塞和标准活塞的高度差，ρ为被检活塞的工作介质的密度；

步骤④、按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007的要求，重复步骤①-③进行多个检定点的有效面积计算，完成对被检活塞的有效面积的检定。

进一步，测量差压值ΔP的方法包括以下步骤：

步骤⑴、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤⑵、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP，

若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP。

一种基于上文所述的用于活塞式压力计的检定装置的活塞转动延续时间的检定方法，按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007中活塞转动延续时间检定的要求，使被检活塞转动，记录两个转速传感器的起始示值，及计时器的示值，所述计时器的示值即为活塞转动延续时间。

本发明有益的技术效果在于：

本发明利用压力传感器，结合设置在管路上的五个阀门，能够分别测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的压力，计算得到粗配平砝码质量，利用微差压传感器测量两侧之间的微差压值，得到精配平砝码质量，大大缩短了配平时间，提高了工作效率，降低了人为判别造成的误差率，并且分两次进行压力值测量和配平砝码质量的计算，不需要采用高精度的压力传感器进行压力测量，并且，通过对压力传感器和增压器的合理选型和量程的配比，能够一次性满足常压活塞式压力计检定的全量程覆盖，大大缩减了装置的成本，提高了检定装置的适应性和灵活性，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的被检活塞式压力计的结构示意图；

图3为本发明的环形底板的底面的扇形栅格示意图；

图4为本发明的配平方法流程图：

图5为本发明的被检活塞有效面积的计算方法流程图；

其中，11-增压器，12-标准活塞式压力计，121-砝码挂篮，1211-环形底板，1212-圆柱件，122-活塞筒，123-标准活塞，124-被检活塞，125-基座，13-被检活塞式压力计，14-微差压传感器，15-微调器，16-压力传感器，17-转速传感器，18-位移传感器，21-第一阀门，22-第二阀门，23-第三阀门，24-第四阀门，25-第五阀门。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种用于活塞式压力计的检定装置，包括增压器11，该增压器11通过第一管路与标准活塞式压力计12连通，通过第二管路与被检活塞式压力计13连通，该标准活塞式压力计12通过第三管路与微差压传感器14连通，被检活塞式压力计13通过第四管路与微差压传感器14连通，该微差压传感器14的两端通过第五管路连接。

在第一管路上设置有第一阀门21，第二管路上设置有第二阀门22，第三管路上设置有第三阀门23，第四管路上设置有第四阀门24，第五管路设置有第五阀门25，并且第一管路和第二管路连通，第五管路的两端分别与第三管路、第四管路连通，这样，由第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路组成的整个管路网就是连通的，在第一阀门和第二阀门之间的管路上设置有微调器15、压力传感器16，两者可以分别位于第一管路、第二管路上，也可以同时位于第一管路或者第二管路。

由于微差压传感器14属于精密测量器件，通过在第五管路设置的第五阀门25，在不使用微差压传感器14时，打开第五阀门25，微差压传感器14两端的压力相等，实现对微差压传感器14的保护。另外，普通阀门开启和关闭时，阀体运动导致管路容积发生变化，从而管道压力发生变化，会破坏活塞原有的平衡状态，因此，本发明的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门均采用美国FLUKE公司生产的，P/N号码为402151的阀门，该阀门的自带补偿回路，在通过阀针的上下运动实现阀门的开关时，流体会通过补偿回路回流，保证整个管路的容积不变，不会改变管路的压力，不会破坏活塞原来的平衡状态。

由于整个管路网都是连通的，那么通过增压器11就可以向整个管路内部施加压力，该压力传感器16用于检测管路内部的压力，由于标准活塞式压力计12、被检活塞式压力计13均与微差压传感器14相连，该微差压传感器14就可以测量两者之间的差压，在通过增压器11向管路施加压力快到达到规定值时，为了保证准确性，可以通过微调器15进行微调，以使压力慢慢地达到规定值。

如图2所示，该标准活塞式压力计12或者被检活塞式压力计13均包括砝码挂篮121，该砝码挂篮121包括环形底板1211，在环形底板1211顶面的中心设置有中空的圆柱件1212，周围用于放置砝码，该圆柱件1212的内径与环形底板1211内圆的半径相同，也可以环形底板1211和圆柱件1212做成一体化结构，其轴截面呈“几”字型，该圆柱件1212的内部设置有活塞筒122，该标准活塞式压力计12的活塞筒122与第一管路、第三管路连通，被检活塞式压力计13的活塞筒122与第二管路、第四管路路连通，内部设置有标准活塞123或者被检活塞124，底面设置在基座125上。圆柱件1212内部的顶面设置有圆形的凹槽，该凹槽的内径与标准活塞123或者被检活塞124顶部的圆形相配合，该配合采用紧配合，而标准活塞123或者被检活塞124的杆状部设置在活塞筒122的内部。这样，增压器11所施加的压力通过第一管路或者第二管路输送到活塞筒122内部，进而推动其内部的标准活塞123或者被检活塞124上下运动，由于标准活塞123或者被检活塞124与砝码挂篮121的圆柱件1212采用紧配合，从而带动放置在砝码挂篮121上的砝码运动。

为了测量环形底板1211的转速即标准活塞123或者被检活塞124转速，在其底面均匀设置有黑白相间的扇形栅格，如图3所示，在基座125与环形底板1211相对的侧面上设置有两个转速传感器17，这两个转速传感器17相对于活塞筒122对称设置，用于通过对扇形栅格的计数测量环形底板1211的转速，由于黑白相间的栅格采用扇形设置，当转速传感器17的设置越靠近环形底板1211的外圆边缘，越容易被检测到。

为了测量测量环形底板1211的下降速度即标准活塞123或者被检活塞124下降速度，在基座125与环形底板1211相对的侧面上设置有两个位移传感器18，该位移传感器18可采用激光或者超声波位移传感器，用于测量环形底板1211的底面与基座125之间的距离，进而得到其下降速度。考虑到环形底板1211并不是完全水平，因此，需要在砝码挂篮121的底部对称布置两个位移传感器18，通过测量结果求平均值的形式以减小因环形底板121不水平引起的系统误差。

该压力传感器16、微差压传感器4、转速传感器17、位移传感器18均与数据采集仪相连，该数据采集仪通过无线传输模块与上位机相连，该上位机还与计时器相连，该计时器用于从两个转速传感器中的一个有示值到两个的示值为零计时。

利用上述检定装置进行被检活塞有效面积、下降速度、延续时间的检定过程如下：

根据活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007的要求，进行有效面积的检定都需要进行标准活塞和被检活塞的配平，其配平方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤一、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量Δm₁，具体如下：

首先，关闭第三阀门、第四定阀门，打开第一阀门、第二阀门和第五阀门，通过增压器和微调器的配合使用，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

其次，若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，然后，先关闭第一阀门，再打开第二阀门，通过调整微调器，使被检活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B，利用如下方程式，计算粗配平砝码的质量Δm₁，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示再在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度。

一般情况下，压力传感器的压力示值I和实际压力P之间的关系模型可以用公式P＝l×I+P₀表示，其中，l为比例因子，P0为零位补偿值。上文中，压力传感器的两个读数I_A、I_B，考虑到压力传感器短期重复性以及稳定性，l和P0在短期内的变化可忽略不计，对应的被检活塞式压力计侧的实际压力P_B与标准活塞式压力计侧的实际压力P_A的差值ΔP₁，可近似为ΔP₁＝P_B-P_A＝l×(I_B,t-I_A,t)，由于l的值十分接近于1，而且粗配平砝码质量所需的精度不高，因此实际的压力差可近似为压力传感器的读数之差。

若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B，然后，先关闭第二阀门，再打开第一阀门，通过调整微调器，使标准活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，利用公式(1)，计算粗配平砝码的质量Δm₁。

步骤二、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值，计算获得精配平砝码的质量，完成配平，具体如下：

首先，将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置。

其次，若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，g表示重力加速度。

若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示再在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度。

考虑到活塞的鉴别域,计算求得的Δm₁和Δm₂，最后都修约精确到活塞的鉴别域即可。

在将质量Δm₂的精配平砝码添加完成后，打开所有的定容阀，观察最终平衡的效果，若不合要求，再重复步骤二，直到最终的平衡效果达到要求。

按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007中起始平衡法的要求，重复上述步骤一、二进行多个检定点的配平，完成对被检活塞的有效面积的检定。

本发明还提供了一种利用差压直接进行活塞有效面积的检定方法，包括以下步骤，如图5所示：

步骤①、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量Δm₁，具体方法如上文所述的步骤一。

步骤②、利用如下方程式，计算标准活塞式压力计侧的实际压力P₁，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，m₁表示标准活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，g为重力加速度，γ表示表面张力系数，ρ_a表示空气密度，ρ_m表示砝码密度，c表示被检活塞杆的周长，a表示被检活塞的热膨胀系数，t表示被检活塞的温度，λ表示被检活塞的形变系数，Pi表示被检活塞产生的名义压力值。

步骤③、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值ΔP，具体如下：

首先，将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置。

其次，若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP，若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP。

步骤④、利用如下方程式，计算被检活塞的有效面积A_B，

其中，S＝(1+a(t-20))(1+λP_i)，P_H＝ρgΔH，m₂表示被检活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，g为重力加速度，γ表示表面张力系数，ρ_a表示空气密度，ρ_m表示砝码密度，c表示被检活塞杆的周长，a表示被检活塞的热膨胀系数，t表示被检活塞的温度，λ表示被检活塞的形变系数，Pi表示被检活塞产生的名义压力值,ΔH表示被检活塞和标准活塞的高度差，即被检活塞式压力计和标准活塞式压力计相对于参考平面的高度差，ρ表示被检活塞的工作介质的密度。

按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007的要求，重复上述步骤①-④进行多个检定点的有效面积计算，完成对被检活塞的有效面积的检定。

该方法进一步省去了精确配平砝码质量计算这一步骤，进一步提升检定速度，但是也引入高度差ΔH测量以及差压值等产生的不确定度，通过对不同量程下的大量活塞式压力计样品的检定，对比上述两种方法的有效面积之差，并对直接差压计算法的不确定度进行分析，其结果满足相关规定。

利用上文所述的检定装置进行活塞转动延续时间的检定，即按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007的要求，使被检活塞转动，记录两个转速传感器的起始示值，及计时器的示值，该计时器的示值即为活塞转动延续时间，其转速传感器的起始示值作为检定要求的记录值。

利用上文所述的检定装置进行活塞下降速度测量时，按照活塞式压力计计量检定规程JJG 59-2007的要求，使被检活塞转动，记录一段时间内的两个位移传感器18的示值，并计算其平均值，进而得到下降速度。

由于本发明采用微差压传感器能够精确测量标准活塞式压力计12和被检活塞式压力计13之间的压差值，进而算出配平所需的精确砝码质量，所以，便可以大大降低对压力传感器16的特性要求，同时，通过对压力传感器16和增压器11的合理选型和量程的配比，能够一次性满足常压活塞式压力计检定的全量程覆盖，大大缩减了装置的成本，提高了检定装置的适应性和灵活性。

省级计量院受理的常规活塞式压力计的被检活塞的最高等级0.01级，有效面积的最大允许误差为6*10^-6，测量范围分为(0.04～0.6)MPa、(0.1～6)MPa、(0.5～25)MPa、(1～60)MPa、(1～100)MPa、(1～160)MPa、(5～250)MPa，对于测量上限在60MPa以上的压力计的活塞在检定时，可以只需测到60MPa，而活塞的鉴别力最小为50mg，也就是说配平活塞时，砝码质量最多只需精确到50mg。在各类不同量程的活塞中，有效面积最大的名义值为1cm²，相应的50mg所产生的压力名义值为5Pa，为各类活塞中最小，有效面积最小的名义值为0.02cm²，相应的50mg所产生的压力名义值为250Pa，为各类活塞中最大。因此，若选用的大压力传感器的量程上限为60MPa，准确度为0.05级的压力传感器，其有效分辨率在2*10^-5以下，则其能够分辨的最小压力为1.2kPa，这样，预平衡后两端活塞压力的差值应该小于5kPa；若选用量程为5kPa,准确度为0.05级的耐高静压微差压传感器，其最大允许误差为2.5Pa，只有活塞最小鉴别域的二分之一，都可以精确识别预平衡后的两端活塞的差压。

本发明利用压力传感器，结合设置在管路上的五个阀门，能够分别测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的压力，计算得到粗配平砝码质量，利用微差压传感器测量两侧之间的微差压值，得到精配平砝码质量，大大缩短了配平时间，提高了工作效率，降低了人为判别造成的误差率，并且分两次进行压力值测量和配平砝码质量的计算，不需要采用高精度的压力传感器进行压力测量，并且，通过对压力传感器和增压器的合理选型和量程的配比，能够一次性满足常压活塞式压力计检定的全量程覆盖，大大缩减了装置的成本，提高了检定装置的适应性和灵活性，易于推广使用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种用于活塞式压力计的检定装置，其特征在于：包括增压器，所述增压器通过第一管路与标准活塞式压力计连通，通过第二管路与被检活塞式压力计连通，所述标准活塞式压力计通过第三管路与微差压传感器连通，所述被检活塞式压力计通过第四管路与所述微差压传感器连通，所述微差压传感器的两端通过第五管路连接，

所述第一管路上设置有第一阀门，第二管路上设置有第二阀门，第三管路上设置有第三阀门，第四管路上设置有第四阀门，第五管路设置有第五阀门，

所述第一管路和第二管路连通，所述第五管路的两端分别与第三管路、第四管路连通，所述第一阀门和第二阀门之间的管路上设置有微调器、压力传感器，所述压力传感器用于检测管路内部的压力，所述增压器用于向管路内部施加压力，所述微差压传感器用于测量标准活塞式压力计与被检活塞式压力计之间的差压，所述微调器用于对管路内部的压力进行微调。

2.根据权利要求1所述的用于活塞式压力计的检定装置，其特征在于：所述标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计均包括砝码挂篮和基座，所述砝码挂篮的环形底板的底面均匀设置有黑白相间的扇形栅格，所述基座与环形底板相对的侧面上设置有两个转速传感器，两个所述转速传感器相对于活塞筒对称设置，用于通过对扇形栅格的计数测量环形底板的转速。

3.根据权利要求2所述的用于活塞式压力计的检定装置，其特征在于：所述基座与砝码挂篮的环形底板相对的侧面上设置有两个位移传感器，所述位移传感器用于测量环形底板的底面与基座之间的距离。

4.一种基于权利要求1所述的用于活塞式压力计的检定装置的配平方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量；

步骤二、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值，计算获得精配平砝码的质量，完成配平。

5.根据权利要求4所述的用于活塞式压力计检定的配平方法，其特征在于计算获得粗配平砝码的质量的方法以下步骤：

步骤Ⅰ、关闭第三阀门、第四定阀门，打开第一阀门、第二阀门和第五阀门，通过增压器和微调器的配合使用，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤Ⅱ、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，然后，先关闭第一阀门，再打开第二阀门，通过调整微调器，使被检活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B；

步骤Ⅲ、利用如下方程式，计算粗配平砝码的质量Δm₁，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度；

步骤Ⅳ、若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门，利用压力传感器测量被检活塞式压力计侧的压力值I_B，然后，先关闭第二阀门，再打开第一阀门，通过调整微调器，使标准活塞式压力计慢慢达到工作位置，利用压力传感器测量标准活塞式压力计侧的压力值I_A，重复步骤Ⅲ，计算粗配平砝码的质量Δm₁。

6.根据权利要求4所述的用于活塞式压力计检定的配平方法，其特征在于计算获得精配平砝码的质量的方法以下步骤：

步骤ⅰ、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤ⅱ、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_A表示标准活塞的有效面积，g表示重力加速度，

步骤ⅲ、若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，利用如下方程式，计算精配平砝码的质量Δm₂，

其中，A_B0表示上一检定周期得到的被检活塞的有效面积，A_B1表示利用公式估算得到的被检活塞的有效面积，Δm表示在被检活塞式压力计上添加的已知砝码的质量，ΔP表示在添加的已知质量为Δm的砝码前后，利用压力传感器测得的被检活塞式压力计侧的压力差值，g表示重力加速度。

7.根据权利要求4所述的用于活塞式压力计检定的配平方法，其特征在于还包括：按照活塞式压力计计量检定规程的要求，重复步骤一、二进行各个检定点的配平，完成对被检活塞的有效面积的检定。

8.一种基于权利要求1所述的用于活塞式压力计的检定装置的活塞有效面积的检定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①、通过调整各个阀门的开关，利用压力传感器分别测量标准活塞式压力计侧、被检活塞式压力计侧的压力值，计算获得粗配平砝码的质量Δm₁；

步骤②、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，再利用微差压传感器测量标准活塞式压力计侧和被检活塞式压力计侧的差压值ΔP；

步骤③、利用如下方程式，计算被检活塞的有效面积A_B，

其中，S＝(1+a(t-20))(1+λP_i)，P_H＝ρgΔH，A_A表示标准活塞的有效面积，m₁表示标准活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，m₂表示被检活塞式压力计侧的砝码总质量，包括质量为Δm₁的粗配平砝码，g为重力加速度，γ表示表面张力系数，ρ_a表示空气密度，ρ_m表示砝码密度，c表示被检活塞杆的周长，a表示被检活塞的热膨胀系数，t表示被检活塞的温度，λ表示被检活塞的形变系数，Pi表示被检活塞产生的名义压力值,ΔH为被检活塞和标准活塞的高度差，ρ为被检活塞的工作介质的密度。

步骤④、按照活塞式压力计计量检定规程的要求，重复步骤①-③进行多个检定点的有效面积计算，完成对被检活塞的有效面积的检定。

9.根据权利要求8所述的用于活塞式压力计的活塞有效面积检定方法，其特征在于测量差压值ΔP的方法包括以下步骤：

步骤⑴、将粗配平砝码添加到标准活塞式压力计和被检活塞式压力计的砝码挂篮上，打开所有的阀门，继续使用增压器和微调器来调节压力，使标准活塞式压力计或者被检活塞式压力计慢慢达到工作位置；

步骤⑵、若标准活塞式压力计先达到工作位置，关闭第一阀门和第五阀门，再调节微调器，使被检活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP，

若被检活塞式压力计先达到工作位置，关闭第二阀门和第五阀门，再调节微调器，使标准活塞式压力计达到工作位置，然后，读取微差压传感器的压力示数ΔP。

10.一种基于权利要求1所述的用于活塞式压力计的检定装置的活塞转动延续时间的检定方法，其特征在于：按照活塞式压力计计量检定规程中活塞转动延续时间检定的要求，使被检活塞转动，记录两个转速传感器的起始示值，及计时器的示值，所述计时器的示值即为活塞转动延续时间。