1500MPa活塞式压力计研制

　　1.概　述

　　现代工业中广泛地应用了高压和超高压技术,诸如聚合物生产,耐热的粉末材料生产,大型复杂轮廓零件的压锻,人造金刚石和其它超硬材料的合成等等,因而超高压力的计量也有着迫切的需要。早在1967年美国国家标准局D.P.Johnson和P.L.M.Hеуdemann就研制成功压力高达2600MPa的可控间隙活塞式压力计[1]。与此同时,在原苏联的全苏计量科学研究院П.B.Индрик和Н.А.Гаевский相继制造了1000MPa,1600MPa和2500MPa以下的压力计[2],而А.Е.Еремеев则于1974年制成了2600MPa压力的可控间隙活塞式压力计[3],日本国家计量研究实验室的Ken Nishibata等人也于1980年研制成功了压力高达2000MPa的可控间隙活塞压力计[4]。我国的超高压力计量技术在此期间也有了长足的进步,1981年上海市计量技术研究所的王廷锷等人研制成功了200~2500MPa可控间隙活塞式压力计[5],并达到了当时的国际水平。上述各国的压力计的性能比较列于表1。

　　随着科学技术的发展,工业部门对超高压力计量的准确度提出了更高的要求。由于2500MPa量程时技术上困难,各国均采取了降低量程提高准确度的办法。原苏联制成了250~1500MPa专用压力基准,其准确度达到±0.02[6];美国Harwood公司制成了产品化的压力计,压力上限为1400MPa,准确度为±0.05%。到1990年中国已进口了二台Harwood-1400压力计,4台英国和法国的超高压活塞压力计,这些压力计进入中国以后其量值传递工作就发生了困难,为此原上海市计量技术研究所对原国家基准进行了改造[7],改造后其总体性能和准确度有较大提高,但仍然不能满足1500MPa以下的量传要求。

　　本文报告的工作为第二期改造工程———新研制一台不确定度为0.02%的1500MPa压力计,以便在1500MPa压力以下对进口的准确度为±0.05%的活塞压力计进行量值传递。

　　2.原　理

　　在简单的自由活塞压力计中,当造压系统产生的压力与活塞上承受的砝码重量达到平衡时,活塞就以缓慢的速度匀速下降,此时的压力即可表示为:

　　这里m为砝码的质量;g为当地重力加速度;S为活塞的有效面积。

　　当压力增高时,活塞产生的变形变得不可忽略,套筒的变形使得内径增大,活塞与套筒之间的间隙增大,因而活塞的下降速度增加,能维持压力平衡的时间减少,甚至不能建立起压力平衡。为了减少套筒的变形,Bridgman曾提出一种返压式活塞压力计使套筒的内径不致于随着压力增高而增大[8],用来压缩套筒的压力是取自推动活塞的压力,因而不便于控制间隙。可以控制间隙的活塞压力计最早是由Johnson和Heydmann制成的,他们在套筒外面再增加一路可调节的外套压力,从而达到了间隙可以控制的目的。这种结构的压力计其最高压力可达到2600MPa,以后各国研制的超高压力计其工作原理均属可控间隙型。