500MPa活塞式压力计有效面积测试实验

　　1 实验背景

　　2008年国际计量局会议上,高压工作组决定进行500MPa表压国际关键比对(CCM·P-K13),传递标准为一台活塞式压力计,要求参加实验室使用参考标准活塞式压力计与传递标准进行比对,给出传递标准的活塞有效面积和活塞系统压力形变系数。国内使用量比较大的活塞式压力计测量上限大多在250 MPa以下,活塞间比对、校准时的压力很少超过100MPa,由于我们没有在500 MPa高压下进行活塞有效面积比对的经验。因此,由中国计量科学研究院(以下简称计量院)发起,与北京长城计量测试技术研究所(以下简称304所)在2009年3月进行了一次500MPa活塞式压力计活塞有效面积的测试实验。通过本次实验,一方面可以为计量院积累500MPa下活塞有效面积测试的经验,为国际比对做准备,另一方面使得304所的500MPa活塞式压力计的量值能够链接至国际比对结果。

　　2　实验设备

　　实验设备是计量院和304所分别于2007年从美国进口的同一型号的活塞式压力计,包括活塞系统、底座、专用砝码和数显终端。这两台活塞式压力计均内置了活塞温度、位置、转速和环境参数测量装置,可以实时对这些参数进行测量并通过终端显示。其技术参数见表1。

　　3　实验方法和数据

　　本次实验参照500MPa国际比对程序文件[1]的要求及JJG59-2007《活塞式压力计》检定规程[2]进行。正式实验前,由双方实验室分别完成了以下准备工作:

　　在500, 250, 50 MPa下测试并记录活塞下降速度,为活塞面积测试时的下降速度提供参考;对活塞、承重盘和专用砝码的质量进行校准;对测量活塞温度的内置温度计进行校准;进行活塞系统磁通密度测试,活塞和活塞筒表面的磁通密度不能超过2×10-4T,如果超过,部件应该做退磁处理并重新检测直至达到要求。

　　双方的准备工作完成后, 304所把压力计送到计量院,开始正式实验。两台压力计被放置在一个坚固的实验台上,两压力计之间通过管道和阀门连接,其间连接了一台压力校验器和压力倍增器用于对系统进行压力调节,当用压力校验器在倍增器低压端提供100 MPa压力时,倍增器的高压端便能输出500 MPa压力。压力计连接好并调整活塞至水平后,测量它们参考位置间的高度差,并做记录。

　　首先在两台压力计上分别加放能产生测量点名义压力所需的专用砝码,用校验器为系统加压,使两个活塞浮起至工作位置附近,耐压稳定5min以上,再调整活塞的位置使其偏离工作位置不超过0·5 mm且尽量接近工作位置。顺时针旋转活塞使两台压力计在实验过程中的活塞转速基本维持在30~35 r/min之间。确定两压力计平衡的方法是采用传统的下降速度判断的方法。先关闭两压力计之间的阀门,待压力稳定后,分别测试两压力计当前的活塞下降速度,然后打开阀门,若两压力计达到平衡,活塞的下降速度应该分别与打开阀门前相同,如果不相同,则在相关活塞上增减小砝码。达到平衡后,分别记录被测压力计和标准压力计所加砝码的质量和活塞温度,完成一个压力点的测量。测量共进行4个循环,每个循环的名义压力按50, 100,…, 500, 500, 450,…50MPa顺序进行。有效面积的计算:被测活塞式压力计各测量点在20℃、零压下活塞有效面积采用公式(1)进行计算: