简述液体活塞式压力计与气体活塞式压力计的区别与应用

(广西壮族自治区计量检测研究院 广西 南宁 530007)

气体活塞式压力计与液体活塞式压力计的工作原理基本一致，都是复现压力基本公式P=F/S，即单位面积上的力所产生的压力。其主要参数均相同： 有效面积、下降速度、延续时间、灵敏阈、形变系数、温度系数。

一、液体活塞式压力计的发展

活塞式压力计是复现压力的一种标准器，在上世纪50年代，国内开始建立第一套活塞基准，但限于当时的材料品种、加工精度等技术的限制，无法高精度加工活塞、活塞筒等关键部件，使当时的活塞选取形变较大的碳钢为材质，活塞与活塞筒的间隙较大(在10～20)μm，为了避免在使用中活塞下降太快而无法平衡的状况，选取液体为工作介质和传压介质(混合油)，加长活塞的接触面积，从而达到活塞的工作时能达到平衡状态。但在高压，大于25MPa时，混合油的粘度都无法保证活塞的下降速度，故选取粘度更高的蓖麻油为工作介质。虽然解决了活塞下降的问题，但活塞自由转动的延续时间缩短，灵敏阈大幅降低。

二、气体活塞式压力计的发展

在本世纪初，因国内的加工水平有大幅度提升，弹性模量小、线膨胀系数小的合金材料或陶瓷均能批量生产，所以目前的活塞系统一般都选取硬度更高、低温度线膨胀系数的碳化钨为材料，以高精度的加工为基础，可以更好的控制活塞的行为公差：如直线度、圆度、光洁度等几何量指标。从而使活塞与活塞筒的间隙非常小，可控制在(3～5)μm，可以用洁净的气体(高纯氮)为工作介质，同时提高了活塞所有参数的指标。气体活塞式压力计的应用，扩展了活塞的测量范围，使原来油活塞的40kPa测量下限拓展到下限1kPa，可以进行微压测量。其测量下限比液体活塞更低，鉴别力更小。但由于活塞与活塞筒的间隙较小，许些和油污和微小的粉尘颗粒也会对活塞的转动带来严重的影响，会造成活塞转动不灵活、转动时间变短。通常杂质进入活塞系统后，活塞转动时会出现转速较低时突然停转等现象。使用碳化钨为材料，还可以确保活塞具有耐磨、不锈、活塞面积年变化率小、使用寿命更长等特点。

三、气体活塞式压力计的优点

使用洁净气体作为工作介质，可以避免原油介质对被检的污染。避免用油检定禁油计量器具后的清洗工作。

当气体为工作介质时，大大减小了高度差带来的误差修正。混合油的密度：780kg/m3，气体密度：1.2 kg/m3。按公式P=ρgh，在10cm的高度差下，液体为工作介质的压力差为760Pa；而气体介质的压力差只有1.2Pa，在绝大多数场合都可以忽略不计。

当使用气体为工作介质时，还减少了因材料表面张力带来的影响，提高灵敏阈。而且，活塞自由转动延续时间更长，输出的压力更稳定与准确。

当用气体为工作介质时，还能通过活塞结构的变化，进行正负压和绝压的测量。这些是液体活塞所无法做到的。液体活塞在使用了新材料后，也大幅提升了活塞的性能，改用癸二酸二异辛脂为工作介质，主要用于大于10MPa～500MPa的高压测量。

在目前的压力计量中，气体活塞的适用范围更广、使用方便、安全洁净。国家基准已经从原来的单一10MPa液体活塞(碳钢，已淘汰)，拓展到液体10MPa、100MPa、气体100kPa、600kPa、7MPa(材质均为碳化钨)的不同工作介质、不同量程的活塞基准组。

四、活塞的选择

从精度上来说，开展10MPa压力以下的量传，在有条件的情况下建议优先使用气体活塞。