一種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及超高壓計量、校準(zhǔn)和溯源，屬于檢測領(lǐng)域。一種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置，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)超高壓活塞壓力計的標(biāo)準(zhǔn)活塞,第一錳銅壓力計,第一切斷閥,待測的超高壓活塞壓力計的待測活塞,第二錳銅壓力計和第二切斷閥,所述殼體內(nèi)設(shè)置有液體流通道,連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測活塞；標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計之間連通,第一錳銅壓力計與第二錳銅壓力計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,第二錳銅壓力計與待測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。本實用新型實現(xiàn)了超高壓下的精密壓力測量。
【專利說明】
一種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實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輔助比對裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 從我國的超高壓量值傳遞現(xiàn)狀來看，最高層面的計量標(biāo)準(zhǔn)器具主要由活塞壓力計 和0.1級的錳銅電阻壓力計組成。0.1級錳銅電阻壓力計主要由我院和美國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的傳遞僅進(jìn)行了幾次摸索 性的試驗，無論是測量的裝置還是測量方法都有待于進(jìn)一步的提高和完善。應(yīng)該說超高壓 活塞式壓力計是一種最穩(wěn)定可靠的超高壓計量標(biāo)準(zhǔn)，原先國內(nèi)有少量幾臺這種設(shè)備，用作 計量標(biāo)準(zhǔn)的只有兵器部204所一家，而目前的情況是國外的HARW00D、DH、FLUKE等公司，國內(nèi) 也有上海敏榆、天津?qū)嶒灩S等多家廠商生產(chǎn)超高壓活塞式壓力計，且多家計量機(jī)構(gòu)和超 高壓儀器廠家購買了測量上限為(500~1000)MPa的超高壓活塞式壓力計。超高壓活塞壓力 計有兩種類型，即自由形變式和可控間隙式，自由形變式的壓力計可以向常壓國家基準(zhǔn)進(jìn) 行有效面積的傳遞，但無法準(zhǔn)確地對其形變系數(shù)和壓力量值進(jìn)行的直接傳遞或驗證?？煽?間隙的壓力計沒有傳遞裝置和傳遞方法也無法進(jìn)行量值傳遞，目前只能像國家基準(zhǔn)一樣向 其他基本物理量進(jìn)行溯源。從另外一個方面來講，超高壓國家基準(zhǔn)只有與活塞式壓力計比 對，才能對其量值復(fù)現(xiàn)狀況進(jìn)行評估和保存，通過這種比對還可以和常壓國家基準(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)行比對為主，主要傳 遞方式采用低壓活塞傳遞有效面積，另一個重要參數(shù)一一形變系數(shù)一般通過彈性力學(xué)計算 獲得，是廠家提供的形變系數(shù)和實際測量結(jié)果有較大的出入，但無法得到有效的驗證。在 500MPa壓力以上時，現(xiàn)在主要以可控間隙活塞式壓力計為主。目前的傳遞基本都是采用參 數(shù)測定和活塞直徑測量的方法進(jìn)行，用這種方法的最大問題就是測定的參數(shù)以及復(fù)現(xiàn)量值 無法進(jìn)行驗證和評估，也不符合量值傳遞系統(tǒng)的要求。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實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輔助比對裝 置，解決現(xiàn)在超高壓活塞壓力計無法進(jìn)行有效的驗證和評估，從而無法進(jìn)行超高壓活塞壓 力計的校準(zhǔn)的缺陷。
[0005] 技術(shù)方案
[0006] -種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置，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)超高壓活塞壓力計的標(biāo)準(zhǔn)活塞，第一錳銅壓力計，第一切斷閥， 待測的超高壓活塞壓力計的待測活塞，第二錳銅壓力計和第二切斷閥，所述殼體內(nèi)設(shè)置有 液體流通道，連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測活塞;標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計之間連通，第一錳銅壓 力計與第二錳銅壓力計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，第二錳銅壓力計與待測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和第二錳銅壓力計的測壓芯體和兩個橋臂電阻連接 成惠斯頓電橋形式，且第一錳銅壓力計和第二錳銅壓力計的測壓芯體以及兩個橋臂電阻為 配對電阻，零壓力下四個阻值相同，兩個橋臂電阻之間連接輸入電壓，第一錳銅壓力計和第 二錳銅壓力計的測壓芯體之間連接差壓輸出。
[0008] 所述兩個橋臂電阻采用和測壓芯體相同的錳銅絲繞制，安裝在錳銅壓力計內(nèi)。
[0009] 所述兩個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] 本實用新型的一種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置采用將待測超高壓活塞 式壓力計和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計分別連接錳銅壓力計，再利用錳銅壓力計輔助壓力平衡，測 量差壓從而對超高壓狀態(tài)下的活塞進(jìn)行比對，解決了在高于lOOMPa壓力后基本沒有合適的 差壓壓力計來間接比較測量壓力的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了高壓壓力下的壓差測量，從而實現(xiàn)超高壓 同常壓國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間的統(tǒng)一，以及能夠?qū)崿F(xiàn)與其它國際上最高等級超高壓活 塞式壓力計之間的比對研究;而且本實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，還消除了溫度對測量壓力結(jié)果的影響，保證了在超高壓狀態(tài)下的精密壓力測量。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型的方法的原理連接示意圖。
[0014] 圖2為本實用新型的裝置的殼體的剖面示意圖。
[0015] 圖3為本實用新型的電路連接示意圖。
[0016] 其中：1_標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計連接口，2-第一錳銅壓力計，3-第一切斷閥，4-待 測超高壓活塞壓力計連接口，5-第二錳銅壓力計，6-第二切斷閥，7-標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力 計，8-待測超高壓活塞壓力計，9-液液隔離器。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合具體實施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0018] 在低壓力下，兩個壓力之間采用間接比較法進(jìn)行壓力測量時，通常在兩個壓力之 間連接一個高靈敏度、穩(wěn)定性好的差壓壓力計，通過差壓壓力計來測量兩個壓力之間差值， 但是在高于lOOMPa壓力后，基本沒有合適的差壓壓力計能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較測量。本實用新 型提出一種采用差壓錳銅壓力計輔助平衡的方式來間接測量比對兩臺超高壓活塞壓力計 之間的微小壓力差的超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置。
[0019] 本實用新型采用的方法包括待測的超高壓活塞壓力計和標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計， 所述待測的超高壓活塞壓力計和標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計各自都連接有錳銅壓力計和切斷 閥，其中連接待測的超高壓活塞壓力計的錳銅壓力計和另一個連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計 的錳銅壓力計相連，通過連接的兩個錳銅壓力計和兩個切斷閥輔助使兩者超高壓活塞壓力 計達(dá)到壓力平衡，測量兩個錳銅壓力計在平衡過程中的差壓變化來比對兩者超高壓活塞壓 力計的微小壓力差。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)閉一個切斷閥，兩個活塞均加壓 到相同的名義壓力值;然后關(guān)閉連接待測的超高壓活塞壓力計的切斷閥，打開連接標(biāo)準(zhǔn)超 高壓活塞壓力計的切斷閥，使標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計的標(biāo)準(zhǔn)活塞保持壓力平衡，此時兩個 錳銅壓力計為零壓差狀態(tài);最后關(guān)閉連接標(biāo)準(zhǔn)超高壓活塞壓力計的切斷閥，打開連接待測 的超高壓活塞壓力計的切斷閥，分別調(diào)節(jié)兩臺壓力計的活塞的加壓系統(tǒng)使兩臺活塞處于平 衡，讀取此時兩個錳銅壓力計的電阻差，計算出兩臺壓力計的微小壓力差。兩個錳銅壓力計 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的裝置，如附圖2中示意的殼體，是連接兩臺錳銅壓力計 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A和待測超高壓活塞壓力計B，兩只錳銅壓力計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，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的比較測量過程如下：
[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A和待測超高壓活塞式壓力計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，此時錳銅壓力計A(第 一錳銅壓力計)和錳銅壓力計B(第二錳銅壓力計）的電阻值分別為Ra和Rb，都對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)活 塞式壓力計A的名義壓力P，即測量壓力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A仍維持原來的壓力PA，待測活塞式壓力計B維持原來的名義 壓力P，即測量壓力PB，此時錳銅壓力計A電阻值仍為Ra，仍對應(yīng)測量壓力PA，錳銅壓力計B的 電阻值為IV，對應(yīng)測量壓力Pb，此時電橋產(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A與待測超高壓活塞式壓力計B的壓力差值。
[0027]附圖3所示意的惠斯頓電橋中，Ra、Rb為錳銅壓力計的測壓芯體，其電阻性能已進(jìn)行 配對。R1、R2為橋臂電阻，采用和測壓芯體相同的錳銅絲繞制，電阻相同，并分別安裝在連接 的錳銅壓力計殼體內(nèi)，使其和測壓芯體處于同一溫場，從而能夠克服測量溫度漂移帶來的 影響。W1為調(diào)零電位器，激勵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 伏表測量橋路不平衡時的電壓輸出值。使用前，對每個錳銅測壓芯體進(jìn)行標(biāo)定，分別獲得壓 阻曲線。實際使用時就可以根據(jù)事先標(biāo)定數(shù)據(jù)曲線，通過計算將納伏信號直接轉(zhuǎn)換成壓差 讀數(shù)。
[0029] 在制作錳銅壓力計的測壓芯體時，將兩個測壓芯體Ra、Rb和橋臂電阻R1、R2進(jìn)行了 配對，使零壓力下測壓芯體Ra的阻值Rao、測壓芯體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。在不同的測量壓力下，實際測量時Ra=Raq+ Δ Ra，Rb = Rbo+Δ Rb。在活塞壓力計比對的情況下，R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Δ Ra、Δ Rb，可以簡化公式為
[0031]對于某一測量壓力點，在上述測量過程中，處于狀態(tài)②和④時，根據(jù)簡化后的公 式，其橋路輸出的電壓值分別為
。錳銅測壓芯體的壓阻系 數(shù)為k，則標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計A與待測活塞式壓力計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ARA= ARA+ARAt、ARB= ARB+ARBt。由于測壓 芯體被安裝在同一腔體內(nèi)，溫場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，需要選擇更大的測壓芯體初 始電阻值R。我們選用1〇〇〇 Ω的測壓芯體，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，輸出電壓大約為3μν，一般6位半的 數(shù)表100mV檔的測量準(zhǔn)確度約為5μν，我們采用八位半的數(shù)字多用表進(jìn)行測量，該數(shù)表在 200mV檔的測量準(zhǔn)確度高，對于我們的微小電壓信號測量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.2μν。
[0037]通過本實用新型的裝置連接兩臺可控間隙活塞式壓力計，兩臺壓力計的測量范圍 分別為（30~1500)MPa和（20~1000)MPa，按照上述測量過程在5個名義測量壓力點進(jìn)行比 對測量，分別為200MPa、400MPa、600MPa、800MPa、1 OOOMPa，其測量結(jié)果如表1所示：
[0039]表 1
[0040]本實用新型的裝置采用將待測超高壓活塞式壓力計和標(biāo)準(zhǔn)活塞式壓力計分別連 接錳銅壓力計，再利用錳銅壓力計輔助壓力平衡，測量差壓從而對超高壓狀態(tài)下的活塞進(jìn) 行比對，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來間接比較測量壓力的現(xiàn) 狀，實現(xiàn)了高壓壓力下的壓差測量，從而實現(xiàn)超高壓同常壓國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間的 統(tǒng)一，以及能夠?qū)崿F(xiàn)與其它國際上最高等級超高壓活塞式壓力計之間的比對研究；而且本 實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，還消除了測量中溫度漂移 對測量壓力結(jié)果的影響，保證了在超高壓狀態(tài)下的精密壓力測量，而且采用本裝置，還可以 不需要液液隔離器也不會出現(xiàn)混液的現(xiàn)象。
【主權(quán)項】
1. 一種超高壓差壓錳銅壓力計輔助比對裝置，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)超高壓活塞壓力計的標(biāo)準(zhǔn)活塞，第一錳銅壓力計，第一切斷閥，待 測的超高壓活塞壓力計的待測活塞，第二錳銅壓力計和第二切斷閥，所述殼體內(nèi)設(shè)置有液 體流通道，連接標(biāo)準(zhǔn)活塞和待測活塞;標(biāo)準(zhǔn)活塞與第一錳銅壓力計之間連通，第一錳銅壓力 計與第二錳銅壓力計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，第二錳銅壓力計與待測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和第二錳銅壓力計的測 壓芯體和兩個橋臂電阻連接成惠斯頓電橋形式，且第一錳銅壓力計和第二錳銅壓力計的測 壓芯體以及兩個橋臂電阻為配對電阻，零壓力下四個阻值相同，兩個橋臂電阻之間連接輸 入電壓，第一錳銅壓力計和第二錳銅壓力計的測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:所述兩個橋臂電阻采用和測壓芯體相同的錳 銅絲繞制，安裝在錳銅壓力計內(nèi)。4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述兩個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】G01L25/00GK205642726SQ201620238641
【公開日】2016年10月12日
【申請日】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
【申請人】上海市計量測試技術(shù)研究院