压力基准量值复现与活塞有效面积研究

摘要

我国测量范围在0.6MPa至500MPa的压力计量器具的量值最终均溯源至(0.1～10)Mpa压力基准,该基准决定了全国的压力量值水平。本文在原有基准活塞的基础上,结合新研制的2.5MPa活塞压力计,研究了基准量值复现方法、量值计算及不确定度评估方法。
　　 论文基于粘滞流模型和旋转对称性假设并考虑活塞系统的直线度影响,在分析活塞系统受力的基础上建立了基准活塞压力计活塞有效面积的计算模型,这一基准活塞有效面积的计算方法为国内首次运用。通过与其他主要国家计量院采用的计算模型对比,本课题建立的计算模型与其具有一致的计算结果。编写的计算软件可根据计算模型和几何尺寸计算活塞有效面积的理论值。
　　 研制了一台测量范围为(0.1～2.5)Mpa的活塞压力计,包括两套活塞系统,具有较高的灵敏度,可弥补10MPa基准低压的不足,提高这一测量范围的不确定度水平。活塞下降速度不大于0.10 mm/min,活塞转动延续时间大于5min。
　　 对10MPa基准中的两套活塞系统和新制的两套2.5MPa活塞系统进行了直径、圆度和直线度的测量,2.5MPa活塞系统圆度不超过0.1μm、直线度不超过0.4μm。
　　 在4套活塞系统之间进行平衡比对实验,依据活塞有效面积的理论计算值与平衡实验值之间的关系,建立条件方程,从而采用最小二乘法计算得到有效面积的最佳值。依据活塞有效面积结果,对压力量值进行不确定度评定,实现了基准压力量值复现。(0.1～10)Mpa压力基准的测量不确定度为0.0027％(k=3),2.5MPa活塞压力计的测量不确定度达到0.002％(k=3)。