一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及超高壓計(jì)量、校準(zhǔn)和溯源，屬于檢測(cè)領(lǐng)域。一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置，其特征在于：包括一體集成式超高壓殼體,殼體外分別連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)活塞,第一錳銅壓力計(jì),第一切斷閥,待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)的待測(cè)活塞,第二錳銅壓力計(jì)和第二切斷閥,所述殼體內(nèi)設(shè)置有液體流通道,連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測(cè)活塞；標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計(jì)之間連通,第一錳銅壓力計(jì)與第二錳銅壓力計(jì)之間的液體流通道中間連接第一切斷閥,由第一切斷閥連通或關(guān)閉液體流通道,第二錳銅壓力計(jì)與待測(cè)活塞之間的液體流通道中間連接第二切斷閥,由第二切斷閥連通或關(guān)閉。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了超高壓下的精密壓力測(cè)量。
【專利說(shuō)明】
一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及超高壓校準(zhǔn)，尤其涉及一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 從我國(guó)的超高壓量值傳遞現(xiàn)狀來(lái)看，最高層面的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具主要由活塞壓力計(jì) 和0.1級(jí)的錳銅電阻壓力計(jì)組成。0.1級(jí)錳銅電阻壓力計(jì)主要由我院和美國(guó)HARWOOD公司生 產(chǎn)，其傳遞方法和裝置已相當(dāng)成熟完善。而超高壓活塞式壓力計(jì)的傳遞僅進(jìn)行了幾次摸索 性的試驗(yàn)，無(wú)論是測(cè)量的裝置還是測(cè)量方法都有待于進(jìn)一步的提高和完善。應(yīng)該說(shuō)超高壓 活塞式壓力計(jì)是一種最穩(wěn)定可靠的超高壓計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，原先國(guó)內(nèi)有少量幾臺(tái)這種設(shè)備，用作 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的只有兵器部204所一家，而目前的情況是國(guó)外的HARW00D、DH、FLUKE等公司，國(guó)內(nèi) 也有上海敏榆、天津?qū)嶒?yàn)工廠等多家廠商生產(chǎn)超高壓活塞式壓力計(jì)，且多家計(jì)量機(jī)構(gòu)和超 高壓儀器廠家購(gòu)買了測(cè)量上限為(500~1000)MPa的超高壓活塞式壓力計(jì)。超高壓活塞壓力 計(jì)有兩種類型，即自由形變式和可控間隙式，自由形變式的壓力計(jì)可以向常壓國(guó)家基準(zhǔn)進(jìn) 行有效面積的傳遞，但無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)其形變系數(shù)和壓力量值進(jìn)行的直接傳遞或驗(yàn)證。可控 間隙的壓力計(jì)沒有傳遞裝置和傳遞方法也無(wú)法進(jìn)行量值傳遞，目前只能像國(guó)家基準(zhǔn)一樣向 其他基本物理量進(jìn)行溯源。從另外一個(gè)方面來(lái)講，超高壓國(guó)家基準(zhǔn)只有與活塞式壓力計(jì)比 對(duì)，才能對(duì)其量值復(fù)現(xiàn)狀況進(jìn)行評(píng)估和保存，通過這種比對(duì)還可以和常壓國(guó)家基準(zhǔn)的量值 保持統(tǒng)一。
[0003] 而現(xiàn)在的情況是，在500MPa壓力以下，主要以自由形變活塞進(jìn)行比對(duì)為主，主要傳 遞方式采用低壓活塞傳遞有效面積，另一個(gè)重要參數(shù)一一形變系數(shù)一般通過彈性力學(xué)計(jì)算 獲得，是廠家提供的形變系數(shù)和實(shí)際測(cè)量結(jié)果有較大的出入，但無(wú)法得到有效的驗(yàn)證。在 500MPa壓力以上時(shí)，現(xiàn)在主要以可控間隙活塞式壓力計(jì)為主。目前的傳遞基本都是采用參 數(shù)測(cè)定和活塞直徑測(cè)量的方法進(jìn)行，用這種方法的最大問題就是測(cè)定的參數(shù)以及復(fù)現(xiàn)量值 無(wú)法進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，也不符合量值傳遞系統(tǒng)的要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝 置，解決現(xiàn)在超高壓活塞壓力計(jì)無(wú)法進(jìn)行有效的驗(yàn)證和評(píng)估，從而無(wú)法進(jìn)行超高壓活塞壓 力計(jì)的校準(zhǔn)的缺陷。
[0005] 技術(shù)方案
[0006] -種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置，其特征在于:包括一體集成式超高壓 殼體，殼體外分別連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)活塞，第一錳銅壓力計(jì)，第一切斷閥， 待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)的待測(cè)活塞，第二錳銅壓力計(jì)和第二切斷閥，所述殼體內(nèi)設(shè)置有 液體流通道，連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測(cè)活塞;標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計(jì)之間連通，第一錳銅壓 力計(jì)與第二錳銅壓力計(jì)之間的液體流通道中間連接第一切斷閥，由第一切斷閥連通或關(guān)閉 液體流通道，第二錳銅壓力計(jì)與待測(cè)活塞之間的液體流通道中間連接第二切斷閥，由第二 切斷閥連通或關(guān)閉。
[0007] 進(jìn)一步，所述第一錳銅壓力計(jì)和第二錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體和兩個(gè)橋臂電阻連接 成惠斯頓電橋形式，且第一錳銅壓力計(jì)和第二錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體以及兩個(gè)橋臂電阻為 配對(duì)電阻，零壓力下四個(gè)阻值相同，兩個(gè)橋臂電阻之間連接輸入電壓，第一錳銅壓力計(jì)和第 二錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體之間連接差壓輸出。
[0008] 所述兩個(gè)橋臂電阻采用和測(cè)壓芯體相同的錳銅絲繞制，安裝在錳銅壓力計(jì)內(nèi)。
[0009] 所述兩個(gè)橋臂電阻之間通過調(diào)零電位器連接輸入電壓。
[0010] 進(jìn)一步，所述切斷閥采用液控切斷閥。
[0011] 有益效果
[0012] 本實(shí)用新型的一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置采用將待測(cè)超高壓活塞 式壓力計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)分別連接錳銅壓力計(jì)，再利用錳銅壓力計(jì)輔助壓力平衡，測(cè) 量差壓從而對(duì)超高壓狀態(tài)下的活塞進(jìn)行比對(duì)，解決了在高于lOOMPa壓力后基本沒有合適的 差壓壓力計(jì)來(lái)間接比較測(cè)量壓力的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了高壓壓力下的壓差測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)超高壓 同常壓國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間的統(tǒng)一，以及能夠?qū)崿F(xiàn)與其它國(guó)際上最高等級(jí)超高壓活 塞式壓力計(jì)之間的比對(duì)研究;而且本實(shí)用新型的裝置通過一體集成式超高壓殼體和惠斯頓 電橋原理，還消除了溫度對(duì)測(cè)量壓力結(jié)果的影響，保證了在超高壓狀態(tài)下的精密壓力測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本實(shí)用新型的方法的原理連接示意圖。
[0014] 圖2為本實(shí)用新型的裝置的殼體的剖面示意圖。
[0015] 圖3為本實(shí)用新型的電路連接示意圖。
[0016] 其中：1_標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)連接口，2-第一錳銅壓力計(jì)，3-第一切斷閥，4-待 測(cè)超高壓活塞壓力計(jì)連接口，5-第二錳銅壓力計(jì)，6-第二切斷閥，7-標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力 計(jì)，8-待測(cè)超高壓活塞壓力計(jì)，9-液液隔離器。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0018] 在低壓力下，兩個(gè)壓力之間采用間接比較法進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，通常在兩個(gè)壓力之 間連接一個(gè)高靈敏度、穩(wěn)定性好的差壓壓力計(jì)，通過差壓壓力計(jì)來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力之間差值， 但是在高于lOOMPa壓力后，基本沒有合適的差壓壓力計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較測(cè)量。本實(shí)用新 型提出一種采用差壓錳銅壓力計(jì)輔助平衡的方式來(lái)間接測(cè)量比對(duì)兩臺(tái)超高壓活塞壓力計(jì) 之間的微小壓力差的超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置。
[0019] 本實(shí)用新型采用的方法包括待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)， 所述待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)各自都連接有錳銅壓力計(jì)和切斷 閥，其中連接待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)的錳銅壓力計(jì)和另一個(gè)連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì) 的錳銅壓力計(jì)相連，通過連接的兩個(gè)錳銅壓力計(jì)和兩個(gè)切斷閥輔助使兩者超高壓活塞壓力 計(jì)達(dá)到壓力平衡，測(cè)量?jī)蓚€(gè)錳銅壓力計(jì)在平衡過程中的差壓變化來(lái)比對(duì)兩者超高壓活塞壓 力計(jì)的微小壓力差。如附圖1所示的方法原理連接示意。
[0020] 達(dá)到壓力平衡的方法包括壓力準(zhǔn)備步驟，通過關(guān)閉一個(gè)切斷閥，兩個(gè)活塞均加壓 到相同的名義壓力值;然后關(guān)閉連接待測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)的切斷閥，打開連接標(biāo)準(zhǔn)超 高壓活塞壓力計(jì)的切斷閥，使標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)活塞保持壓力平衡，此時(shí)兩個(gè) 錳銅壓力計(jì)為零壓差狀態(tài);最后關(guān)閉連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)的切斷閥，打開連接待測(cè) 的超高壓活塞壓力計(jì)的切斷閥，分別調(diào)節(jié)兩臺(tái)壓力計(jì)的活塞的加壓系統(tǒng)使兩臺(tái)活塞處于平 衡，讀取此時(shí)兩個(gè)錳銅壓力計(jì)的電阻差，計(jì)算出兩臺(tái)壓力計(jì)的微小壓力差。兩個(gè)錳銅壓力計(jì) 之間可以采用液液隔離器相連。
[0021] 采用上述方法制作出比對(duì)的裝置，如附圖2中示意的殼體，是連接兩臺(tái)錳銅壓力計(jì) 和兩只液控切斷閥組成的超高壓集成塊，其連接管道即液體流通道分別連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活 塞壓力計(jì)A和待測(cè)超高壓活塞壓力計(jì)B，兩只錳銅壓力計(jì)在零壓力下的電阻值分別為Rao和 Rbo。將Rao、Rbo分別與Rl、R2配對(duì)，連接成如附圖3所示的惠斯頓電橋形式。
[0022] 利用該裝置進(jìn)行超高壓活塞式壓力計(jì)的比較測(cè)量過程如下：
[0023]①關(guān)閉液控切斷閥B(第二切斷閥），打開液控切斷閥A(第一切斷閥）；
[0024]②分別將標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞式壓力計(jì)A和待測(cè)超高壓活塞式壓力計(jì)B加壓至名義壓 力P，錳銅電阻在受到壓力作用后，其阻值隨所受壓力的增加而增大，此時(shí)錳銅壓力計(jì)A(第 一錳銅壓力計(jì))和錳銅壓力計(jì)B(第二錳銅壓力計(jì)）的電阻值分別為Ra和Rb，都對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)活 塞式壓力計(jì)A的名義壓力P，即測(cè)量壓力P A，調(diào)平電橋使輸出電壓值為0;
[0025]③關(guān)閉液控切斷閥A，打開液控切斷閥B;
[0026]④標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)A仍維持原來(lái)的壓力PA，待測(cè)活塞式壓力計(jì)B維持原來(lái)的名義 壓力P，即測(cè)量壓力PB，此時(shí)錳銅壓力計(jì)A電阻值仍為Ra，仍對(duì)應(yīng)測(cè)量壓力PA，錳銅壓力計(jì)B的 電阻值為IV，對(duì)應(yīng)測(cè)量壓力Pb，此時(shí)電橋產(chǎn)生的不平衡輸出電壓值即為標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞式 壓力計(jì)A與待測(cè)超高壓活塞式壓力計(jì)B的壓力差值。
[0027]附圖3所示意的惠斯頓電橋中，Ra、Rb為錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體，其電阻性能已進(jìn)行 配對(duì)。R1、R2為橋臂電阻，采用和測(cè)壓芯體相同的錳銅絲繞制，電阻相同，并分別安裝在連接 的錳銅壓力計(jì)殼體內(nèi)，使其和測(cè)壓芯體處于同一溫場(chǎng)，從而能夠克服測(cè)量溫度漂移帶來(lái)的 影響。W1為調(diào)零電位器，激勵(lì)電源通過精密電壓基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為10V±5ppm給電橋供電。采用納 伏表測(cè)量橋路不平衡時(shí)的電壓輸出值。使用前，對(duì)每個(gè)錳銅測(cè)壓芯體進(jìn)行標(biāo)定，分別獲得壓 阻曲線。實(shí)際使用時(shí)就可以根據(jù)事先標(biāo)定數(shù)據(jù)曲線，通過計(jì)算將納伏信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成壓差 讀數(shù)。
[0029] 在制作錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體時(shí)，將兩個(gè)測(cè)壓芯體Ra、Rb和橋臂電阻R1、R2進(jìn)行了 配對(duì)，使零壓力下測(cè)壓芯體Ra的阻值Rao、測(cè)壓芯體Rb的阻值Rbo、以及橋臂電阻Rl、R2都相等， 形成等臂電橋，即Raq = Rbq = R1 = R2 = R。在不同的測(cè)量壓力下，實(shí)際測(cè)量時(shí)Ra=Raq+ Δ Ra，Rb = Rbo+Δ Rb。在活塞壓力計(jì)比對(duì)的情況下，R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Δ Ra、Δ Rb，可以簡(jiǎn)化公式為
[0031]對(duì)于某一測(cè)量壓力點(diǎn)，在上述測(cè)量過程中，處于狀態(tài)②和④時(shí)，根據(jù)簡(jiǎn)化后的公 式，其橋路輸出的電壓值分別為
。錳銅測(cè)壓芯體的壓阻系 數(shù)為k，則標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)A與待測(cè)活塞式壓力計(jì)B在名義壓力P下的壓差為：
[0035] 當(dāng)腔體內(nèi)壓力變化引起溫度變化時(shí)ARA= ARA+ARAt、ARB= ARB+ARBt。由于測(cè)壓 芯體被安裝在同一腔體內(nèi)，溫場(chǎng)基本相同電阻值也十分接近，故Δ RAt= Δ RBt，根據(jù)公式 (2)，由溫度變化引起的輸出值變化正好被抵消，消除了溫度漂移影響。
[0036] 公式(5)中壓阻系數(shù)k等于2.4\1〇4〇/^/^&，1為橋路電流，通常不超過1〇11^。在 相同的壓差情況下獲得更大的輸出電壓信號(hào)A V，需要調(diào)整等臂橋路電阻R和橋路電流I，為 了橋路不產(chǎn)生大的熱量，需盡量降低橋路的電流，在此前提下，需要選擇更大的測(cè)壓芯體初 始電阻值R。我們選用1〇〇〇 Ω的測(cè)壓芯體，橋臂電阻也選用1000 Ω錳銅線繞電阻，橋臂電流 控制到5mA，精密電壓基準(zhǔn)E = 10V。當(dāng)差壓為0.05MPa時(shí)，輸出電壓大約為3μν，一般6位半的 數(shù)表100mV檔的測(cè)量準(zhǔn)確度約為5μν，我們采用八位半的數(shù)字多用表進(jìn)行測(cè)量，該數(shù)表在 200mV檔的測(cè)量準(zhǔn)確度高，對(duì)于我們的微小電壓信號(hào)測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.2μν。
[0037]通過本實(shí)用新型的裝置連接兩臺(tái)可控間隙活塞式壓力計(jì)，兩臺(tái)壓力計(jì)的測(cè)量范圍 分別為（30~1500)MPa和（20~1000)MPa，按照上述測(cè)量過程在5個(gè)名義測(cè)量壓力點(diǎn)進(jìn)行比 對(duì)測(cè)量，分別為200MPa、400MPa、600MPa、800MPa、1 OOOMPa，其測(cè)量結(jié)果如表1所示：
[0039]表 1
[0040]本實(shí)用新型的裝置采用將待測(cè)超高壓活塞式壓力計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計(jì)分別連 接錳銅壓力計(jì)，再利用錳銅壓力計(jì)輔助壓力平衡，測(cè)量差壓從而對(duì)超高壓狀態(tài)下的活塞進(jìn) 行比對(duì)，解決了在高于l〇〇MPa壓力后基本沒有合適的差壓壓力計(jì)來(lái)間接比較測(cè)量壓力的現(xiàn) 狀，實(shí)現(xiàn)了高壓壓力下的壓差測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)超高壓同常壓國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間的 統(tǒng)一，以及能夠?qū)崿F(xiàn)與其它國(guó)際上最高等級(jí)超高壓活塞式壓力計(jì)之間的比對(duì)研究；而且本 實(shí)用新型的裝置通過一體集成式超高壓殼體和惠斯頓電橋原理，還消除了測(cè)量中溫度漂移 對(duì)測(cè)量壓力結(jié)果的影響，保證了在超高壓狀態(tài)下的精密壓力測(cè)量，而且采用本裝置，還可以 不需要液液隔離器也不會(huì)出現(xiàn)混液的現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超高壓差壓錳銅壓力計(jì)輔助比對(duì)裝置，其特征在于:包括一體集成式超高壓殼 體，殼體外分別連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)活塞，第一錳銅壓力計(jì)，第一切斷閥，待 測(cè)的超高壓活塞壓力計(jì)的待測(cè)活塞，第二錳銅壓力計(jì)和第二切斷閥，所述殼體內(nèi)設(shè)置有液 體流通道，連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測(cè)活塞;標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計(jì)之間連通，第一錳銅壓力 計(jì)與第二錳銅壓力計(jì)之間的液體流通道中間連接第一切斷閥，由第一切斷閥連通或關(guān)閉液 體流通道，第二錳銅壓力計(jì)與待測(cè)活塞之間的液體流通道中間連接第二切斷閥，由第二切 斷閥連通或關(guān)閉。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述第一錳銅壓力計(jì)和第二錳銅壓力計(jì)的測(cè) 壓芯體和兩個(gè)橋臂電阻連接成惠斯頓電橋形式，且第一錳銅壓力計(jì)和第二錳銅壓力計(jì)的測(cè) 壓芯體以及兩個(gè)橋臂電阻為配對(duì)電阻，零壓力下四個(gè)阻值相同，兩個(gè)橋臂電阻之間連接輸 入電壓，第一錳銅壓力計(jì)和第二錳銅壓力計(jì)的測(cè)壓芯體之間連接差壓輸出。3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述兩個(gè)橋臂電阻采用和測(cè)壓芯體相同的錳 銅絲繞制，安裝在錳銅壓力計(jì)內(nèi)。4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述兩個(gè)橋臂電阻之間通過調(diào)零電位器連接 輸入電壓。5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述切斷閥采用液控切斷閥。
【文檔編號(hào)】G01L25/00GK205642726SQ201620238641
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】洪扁, 潘征宇, 冷瑩瑩, 胡安倫, 陳 光, 蔣晨君
【申請(qǐng)人】上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院