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创威科技:数字便携式活塞式压力计的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-12  浏览次数:182
核心提示:本文对数字便携式活塞式压力计设计过程中的关键技术进行了研究,主要对数字便携式活塞压力计校验系统、密封结构以及活塞系统进行设计。本文对数字便携式活塞压力计设计具有重要的指导意义。

摘要:本文对数字便携式活塞式压力计设计过程中的关键技术进行了研究,主要对数字便携式活塞压力计校验系统、密封结构以及活塞系统进行设计。本文对数字便携式活塞压力计设计具有重要的指导意义。

一、引言

计量测试仪器性能水平的高低是国家综合工业实力的重要体现。活塞式压力计作为压力计量器具在工业生产、军工产品试验中使用广泛,尤其是压力变送器、传感器等仪器仪表制造单位。高性能的便携活塞压力计在国际上被视为影响国家安全产品,禁止出口。因此研究设计高性能活塞式压力计国家发展尤其重要。

二、活塞式压力计原理

活塞式压力计是利用流体静力平衡(即作用在活塞有效面积上的流体压力与其所负荷的重力相平衡)原理进行压力测试的计量标准器。活塞式压力计以其较高的精确度、较好的长期稳定性,成为压力计量领域无可替代是的标准器具。活塞式压力计主要由加压校验系统、活塞系统以及专用砝码组成。其组成原理图如图1所示。

图1

三、数字便携式活塞式压力计压力系统设计

本文设计的数字便携式活塞式压力计完全符合检定规程JJG59-2007《活塞式压力计》,其压力检定范围为(2~60)MPa。因此,加压校验系统需要满足压力在(2~60)MPa精确可调。最终此数字活塞式压力计采用独立加压装置与加压调压装置相结合的方法,实现压力的调控。其中加压装置采用外购预压泵解决,最大压力达到60MPa,加压装置对检验系统压力进行加压调压。

本压力计的技术参数

量程:(2~60)MPa

准确度等级:0.05级

最大量程时的灵敏阈为:±0.05%

工作点活塞的下降:小于1.5mm

3.1加压系统分析

本产品数字便携式活塞式压力计,考虑便携的问题和采集位移数据的特性,压力计使用外置便携压力泵和外置采集数据可显示与供电的机箱,主机采用一体化铝合金机身,因此加压系统所需驱动力矩应当符合人机工程学要求。同时考虑到加压过程所需介质容积要求,确保外置加压装置能够单行程加压完成。最终确定使用带预压泵类的便携压力源,和小巧而轻便可供电的机箱。为了满足检定方便采用模块化测量系统,可快速拆卸,用螺纹进行链接。

3.2数字便携式活塞式压力计密封结构设计

活塞压力计由于工作压力高,属于高压系统。因此其密封结构的设计显得尤为重要。因此主机机身尽量采用一体化铝合金材质设计,减少密封管路链接结构,降低重量,缩小体积,最大程度保证了压力稳定性和使用的便携性,结构简图2如图所示。

图2

3.3数字便携式活塞式压力计活塞系统设计

数字便携式活塞式压力计的活塞系统作为压力测量部分,该系统由活塞缸与活塞杆组成。因活塞杆采用碳化钨材质,材料硬度高抗磨损能力较强,同时横截面积较小。使用不当容易断裂,因此采用防断杆模块化设计,其设计能够保证活塞式压力计的灵敏度与测量精度。根据活塞式压力计检定规程活塞缸与活塞杆均采用碳化钨材质。活塞有效面积确定为0.025cm2

活塞杆直径为1.7957mm。活塞系统结构简图如下所示

可互换的活塞套筒模块

图3-1


安装活塞模块

图3-2


3.3.1测量活塞与套筒系统

活塞、套筒、套缸是压力计的关键部件,从图1可以看出,经过加压的工作介质输入套筒底部,在压力的作用下液体向上运动顶起活塞杆并带动砝码上升在工作位置,此时的砝码重量全部由活塞杆等组件承受。

3.3.2活塞

活塞由YG-8碳化钨材料制成,其名义直径约为0.025 cm2。由于活塞直径直接关系到压力计的准确度,所以在活塞研磨时必须十分注意其圆度和均匀性。我们成功的研制了高精度的活塞。其椭圆度和直径的均匀性优越于0.1μm。活塞直径由中国计量科学研究院测量,测量的不准确度为0.1μm。

3.3.3活塞转动机构

为使活塞套筒之间能够形成一层均匀的膜液(癸二酸二异限制),通常在压力计工作时要让活塞转动起来,转动的速度对于压力计的值和失速曲线的斜率有明显的影响。

3.3.4砝码与加载系统

本压力计共15砝码。总质量约为15kg。当底部油缸降到底时砝码的质量全部加载到压力计上,当油缸上升是即逐块支撑砝码的质量,以此来调节压力计的量程。

3.3.5测控系统

本压力计的测控系统:测量活塞下降位移的距离传感器。

四、不确定度分析

对于压力量值的相对不准确度造成的影响原因如下:

(1)活塞及承压头不垂直对压力造成的相对标准不准确度u1rel;

(2)砝码在经过当地重力加速度修正后需计各地重力加速度的相对标准不确定度u2rel;

(3)砝码,活塞及挂兰系统零件质量的相对标准不确定度u4rel、

(4)压力计在环境温度偏高货偏低20℃引起的相对标准不确定度u4rel;

(5)活塞面积S测量相对标准不准确度u5rel;

五、实验与总结

数字便携式活塞式压力计产品,一直以来市场上比较少,仅有的产品缺陷较大重量也比较大。外出检定携带麻烦使用麻烦,密封性也存在先天性不足,数取值误差较大,国外美国GE、DHI、德国WIKA等。这些产品有着优越的计量性能但也存在一些不足,如产品价格普遍昂贵、设计标准与国内标准存在差异导致在检定方法和计量单位与国内存在差异。

近年来国内一些生产厂家也研制出了便携式活塞式压力计,技术性能达到了国际水平,最重要的是符合国家标准以及计量技术规范要求,为我国压力量值传递提供了技术保障。

文章来源:李虎1  吴彦红2  梅寒3   吴佳益4   邵晓明5   刘栩祎6   刘勇虎7
1.2.3.4.5.6郑州市质量技术监督检验测试中心(郑州 450100);7.陕西创威科技有限公司(西安 710100)

 
关键词: 活塞式压力计 便携 数字​ 计量科学研究院 创威科技

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