引 言
壓力計量基（jī）準器為國家壓力基準裝（zhuāng）置，國家壓力基準裝置主要由一套相同結構的５個活塞係統組成 ［１ ］ 。壓力（lì）工作基準也由０．００５級活塞式（shì）壓力（lì）計構成，其次有０．０１級活塞式（shì）壓力計、０．０２級活塞式（shì）壓力計、 ０．０５級活塞式壓力計以及其他壓力計量器具構成了壓力計量器具檢定係
統表。活塞式壓力計具有測量範圍寬、測（cè）量準確度高、結構簡單（dān）計量（liàng）性能穩定、易於量值溯源等優勢。其作為壓力（lì）標準在壓力量量值傳遞中的（de）地位（wèi）也就（jiù）可想而知了。因（yīn）此活塞式壓力（lì）計的計量也就變得（dé）尤為重要。
１ 活塞壓（yā）力計簡介
活塞式壓力計是根據帕斯卡原理、流體靜力（lì）學平衡（héng）原理為（wéi）基礎進行壓（yā）力計量的 ［１ － ２ ］ 。活塞式壓力計（jì）主要（yào）有活塞係統（活塞和活塞（sāi）筒組成）、專用（yòng）砝碼和校驗器３大部件組成（chéng）。活塞係統作為（wéi）活塞式（shì）壓力計（jì）的核心部件，活塞和（hé）活塞筒是活塞式壓力計核心數據———活塞有效麵積的來源；專用（yòng）砝（fǎ）碼是根據活塞有效麵積與使用（yòng）地重力加速度經過計算，加工的具有固定質量用（yòng）於複現（xiàn）標準壓力值的圓盤型砝碼 ［２ － ３ ］ ；校驗器也稱為（wéi）造壓泵或壓力計底座，主要由壓（yā）力泵、連接管和閥門組成，用於安裝活塞係統且有造壓功能（néng）的裝置。
活塞式壓力計壓（yā）力產生的原理如式（shì）（１ ）所示：Ｐ ＝ｍｇ／ Ａ ｅ （１ ）
式中： Ｐ 為活塞產生的壓力； ｍ 為專用砝碼的質量；ｇ 為使用地的重力加速（sù）度； Ａ ｅ 為活塞的有效麵積。
２ 活塞（sāi）式壓力計的計量
結（jié）合 ＪＪＧ５９ － ２００７ 《活（huó）塞式壓力計檢定（dìng）規程（chéng）》的要求，活塞式壓力計的計量檢定是在相應的環境條件下（不同準確度等級都（dōu）有與之對應的溫度和濕度要求）進行的，檢（jiǎn）定項目主要包括外（wài）觀檢查、活塞係統檢查、專用砝碼和稱重盤檢（jiǎn）查、活塞有效麵積測量、專用砝碼質量（liàng）測量、垂直度測量、活塞轉（zhuǎn）動延續時間測量、活塞轉動下降速度測量（liàng）、鑒別力測 量（liàng）、密 封 性 檢 測、活 塞 有 效 麵 積 周（zhōu） 期 變 化 率 判定（dìng） ［２ ， ４ ］ 。其中活塞有效麵積測量是整個活塞式壓力計的計（jì）量檢（jiǎn）定的核心工作。本文主要針對活塞有效麵積測量進行研究。
２．１ 活塞有效麵積測量
活塞有效麵（miàn）積測量主要包括直接平衡法（fǎ）和起始（shǐ）平衡法兩種 ［５ － ６ ］ 。
直接平衡法：
１ ）確（què）定標準活塞式（shì）壓力計與被檢活塞式壓力計的活塞及其連（lián）接件（jiàn）質量；
２ ）測量兩套活塞式（shì）壓力（lì）計參考（kǎo）平麵的高度差； ３ ）開始平衡點的測量，第一平衡（héng）點壓力值一般 選 擇 活 塞 式 壓 力 計（jì） 測 量 範 圍 上 限（xiàn） 的（de） １０％ ～２０％ ，分別在兩套壓（yā）力計上加載相應的專用砝碼，校驗器加壓使（shǐ）標準與被檢活塞式壓（yā）力計都升至工作（zuò）位置，此過程中兩套壓力計均應以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針（zhēn）轉動保持（chí）在（zài）各自的工作位置。如不平衡，在上升活塞上加（jiā）載相應的小砝碼，直至平衡。然後以同樣辦法依次升壓、降壓測量其（qí）他檢定點，檢定點一般不少於 ５ 個。根據測量數據計算得到被檢活塞（sāi）的（de）有效麵（miàn）積。直接平衡法的平衡原（yuán）理如式（２ ）所示：
式（shì）中： ｍ 標碼 ｉ 為第 ｉ 個平衡點標準活塞式壓（yā）力計加載的標準砝碼（mǎ）質量； ｍ 檢碼 ｉ 為第 ｉ 個平（píng）衡點被檢活塞式壓力（lì）計加載的（de）標（biāo）準砝碼質量； ｍ 標活 為標準（zhǔn）活塞式（shì）壓力計（jì）活塞（sāi）及其連接杆（gǎn）質量； ｍ 檢活 為被檢活塞式壓力計活塞及其連接（jiē）杆質量；ρ 標碼為（wéi）標準活塞式壓力計加載砝碼的密（mì）度；ρ 檢碼 為被檢活塞式壓力計加載砝碼的密度；ρ 標活 為標準活塞式壓力計活塞及其連接杆平均密度；ρ 檢活 為被檢活塞（sāi）式壓力計活塞及其連接杆平均密度；ρ ａ 為空氣密（mì）度； ρ 介 為活塞式壓力計使用介質的密度（dù）； Ａ 標（biāo） 為標準活塞式壓力計的有效麵積；Ａ 檢 ｉ 為第 ｉ個平衡（héng）點計算得到的被檢活（huó）塞式壓力計（jì）的有效（xiào）麵積；ｇ 為當地重力加速度；ｈ 為標準活塞式壓力計與被檢活塞式壓力計工作位（wèi）置的高度差（標準活塞式壓力計工作位置高度減去被檢（jiǎn）活塞式壓（yā）力計工作位置高度）。被檢（jiǎn）活塞式壓力計的有效麵積平均值為***終的被檢活塞式壓力計的有效麵積如（rú）式（shì）（３ ）所示：
式中：ｎ 平衡點的測量次數。
起始平衡法：
１ ）起始平衡點的確定，一般選擇活塞式（shì）壓力計（jì）測量範圍上限的 １０％～２０％ 壓力值的（de）點作（zuò）為起始平衡點，分別在兩套壓力計上加（jiā）載相應數量的砝碼，校驗器加壓（yā）使標準與被檢活塞式壓（yā）力計都升至工作位置，此過程中兩套壓力計均應以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉動保（bǎo）持在各自的工作位置，如（rú）不平衡，在（zài）上升活塞上（shàng）加載相應的小砝碼，直（zhí）至平衡。起始平衡後，壓力計上加載的所有砝碼作為起始平衡質量，保持不變；
２ ）以同樣辦法（fǎ）依次升壓、降壓測量其他檢定點，檢定點一般不少於 ５ 個。根據測（cè）量數據（jù）計算得到被檢活塞的有效麵積。起始平衡法的平衡原理如（rú）式（４ ）所示，
式中： ｍ 標碼（ｉ ＋１ ） 為第（ ｉ ＋１ ）個（gè）平衡（héng）點標準活塞（sāi）式壓力計加（jiā）載的標準（zhǔn）砝碼質量； ｍ 檢碼（ｉ ＋１ ） 為第（ ｉ ＋１ ）個平（píng）衡點被檢活塞式壓力計（jì）加載的標準砝碼質量； ｍ標（biāo）碼１為起始（shǐ）平衡（héng）點標準活塞式壓力計加載的標準砝碼（mǎ）質量； ｍ檢碼（mǎ）１為（wéi）起始（shǐ）平（píng）衡點被檢活塞式壓力計加載的標準砝（fǎ）碼質量；ρ 標（biāo）碼 為標準活（huó）塞式（shì）壓力計（jì）加載砝碼的密度；ρ 檢碼 為被檢活（huó）塞式壓力計加載砝碼的（de）密度（dù）；ρ ａ 為空氣密度； ρ 介 為活塞式壓（yā）力（lì）計使用介質的密度； Ａ 標（biāo） 為標準活塞式壓力計的有效麵積；Ａ 檢（jiǎn）（ ｉ ＋１ ） 為第（ｉ ＋１ ）個平衡點計算得到的被（bèi）檢活（huó）塞式（shì）壓力計的有效麵積；ｇ 為當地重力加速度。
被檢活塞式壓力計的有效麵積平均值為***終的被檢活（huó）塞式壓力計（jì）的有效麵積如式（５ ）所示：
式中：ｎ 為平衡點的測量次數。
２．２ 常用方法的弊端
兩種測量（liàng）方法的關鍵都是每個檢定點通（tōng）過在上升活（huó）塞上加載小砝碼的方式，使兩套活塞式壓力計同時達到各自的平衡位置（工作位置）。這也是在實（shí）際操作過程中的難點（diǎn），其主要依靠活塞位置指示裝置來實現的，活塞位置指（zhǐ）示裝（zhuāng）置***常用的有燈影位置指示和電（diàn）磁位置指示（shì）兩種。長時間盯著燈影（yǐng）或指示表針，而且要用調整砝碼的方法使燈影或指示表針在每個（gè）檢定點上都達到固定的指示位置視為是達到每套活塞的各自平衡位置。此過程中存在的問題包括：
１ ）長時間盯著（zhe）燈影（yǐng）或指示表針進行調整，會對（duì）調整者造成視覺疲勞，進而引入誤差；
２ ）目測燈影或（huò）指示表針的方法，自身讀數存在誤差（chà）較大，操作者的主觀意願影響也會引入一定誤差；
３ ）目（mù）測燈影或指示表針的方（fāng）法調整過程中，由於沒有明確的壓力值指示，不能實現快速調整（zhěng）砝碼質量達到每套活塞各自平衡位置。加之存在活塞下降速度的影響，會出現需要（yào）反複加壓（yā）使活塞達到工作位置（zhì）。沒有長時間（jiān）的活塞計量檢定（dìng）經（jīng）驗和活塞調（diào）整手感就很難調整出每套活塞各自平衡位置。
以上問題就造成了，活塞式壓力計的計量（liàng）需要有豐富的經驗積累和很好的活塞（sāi）調整（zhěng）手（shǒu）感的計量工作者才能進行，對於隻有理論知識積累而實際操（cāo）作經驗積累不是很充分的（de）計量工作者來（lái）說這項工作就變的非常困難。
２．３ 差壓變送器的應用
差壓變送器在活塞式壓力計計量中應用示意圖如（rú）圖１ 所示，在測量每一個平衡點時（shí）方法測量如下。
１ ）打開平衡閥，上兩套活塞的（de）介質達到連通狀態，三（sān）暢差壓變送器指示為０ （可以是電流輸出 ｍＡ 顯示 ４．０００ 或（huò）壓力輸出 ｋＰａ 顯示 ０．０００ ）［ ７ ］ 。
２ ）在標準活塞係統和被檢活塞係統上加載對應砝碼，然（rán）後使用任意一（yī）個校驗器對於連通（tōng）的兩套活塞係統進行加壓，使其中一個活塞係統達到活塞指（zhǐ）示裝（zhuāng）置指示的工作位置（以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速度順時針轉動），另（lìng）外一個活塞係統稍微超出工作位置。
３ ）關閉平衡閥，在超（chāo）出（chū）工作位置的活塞係統上加（jiā）載小砝碼，三暢差壓變送器會有數值顯示上的變化，隨即（jí）調整加載（zǎi）砝碼一側的校驗器，兩者交替操作，使（shǐ）被調（diào）整的（de）活塞係統達到工作位（wèi）置（以 ３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ 的速（sù）度順時針轉動），同時三暢差壓變送器指示為 ０［ ７ － ８ ］ 。
４ ）打開平衡閥，標準活塞係統和被檢（jiǎn）活塞（sāi）係統都處於工作位置（均以３０～６０ｒ ／ ｍｉｎ的（de）速度順時針轉動），對以（yǐ）上方法進行驗證，在原始記錄上記錄該點（diǎn）加載砝碼質量。依據以上（shàng）方法再（zài）進行下（xià）一平衡點的測量。直（zhí）至完成每一個平衡點的測量，處理數據就可以得到被檢活塞係統
的活塞有限麵積 ［９ ］ 。
使用此方法在活塞式壓力計計量中的應用主要有以下注意事項：
１ ）差壓變送器的選型，相同準確度（dù）等級（jí）的壓力變送器，量程（chéng）越大，誤差越大；量程越小，可（kě）操作範（fàn）圍越小 ［１０ ］ 。所以在三暢差壓變送（sòng）器誤差符合被計量活塞式壓力計精度要求的情況下，量（liàng）程越大，可操作範圍越大，越便於使用，操作更簡單、更安全。
２ ）差壓變送器（qì）的安裝，差壓變送器須（xū）***設置（zhì）有一個相對固定安裝平台，使三暢差壓變送器的安裝在測量過程中不發生位置變（biàn）化，不存在外力影響，保證輸出結果的準確性（xìng） ［１１ ］ 。
３ 應用比對
為了直觀得到應用三暢差（chà）壓（yā）變送器的方法在活塞有效麵積測量中（zhōng）的優勢，對（duì）本計量機構（gòu） ２～３ 月份的活塞式壓力計的計量（liàng）任務進行了分配和（hé）統計，在兩個月內的（de）活塞式壓力計計量任務中，活塞有效麵積（jī）測量分別隨機規定測量方案（常用方法（fǎ）或應用差壓變送（sòng）器方法），並（bìng）對（duì）測量用時情況進（jìn）行了統計，如表 １ 所示。表 １ 中 Ａ 為壓力計量工作 ２０年以上的計量工作者，具有熟練操作（zuò）水平和豐富測量經驗； Ｂ 為壓力計量工作 ６ 年的計（jì）量工作者；Ｃ 為壓力計量工作剛 １ 年（nián）的計量工作者。
表１中（zhōng） ∞ 表示使用（yòng）對應方法進行測量，但長時間無法完成此項工作。由表１可知在活塞有效麵（miàn）積測量中引入應用三暢差壓變送器的方法不但極大的提高（gāo）了工（gōng）作效率，而且使活塞有效麵積測量操作變（biàn）的更直觀（guān），易於掌握 ［１２ ］ 。
４ 結 論
差（chà）壓變送器應用於活塞壓力計的計量中主要可以幫助新進的計量工作者（zhě）迅速掌握活塞式壓力計計量的操作方（fāng）法，快速上崗，快速（sù）上手工作；可以（yǐ）簡化（huà）活塞式壓力計計量中，活塞係統平衡調整中繁（fán）雜的工作量；可以避免長時間盯（dīng）著活塞位置指示裝置（zhì）而引起操（cāo）作者主觀因素引入的誤差。因此差壓變（biàn）送器在活塞式壓力計計量中的應用很有必要在計量部（bù）門進行大麵積推廣（guǎng）。
