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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 重力加速度對(duì)活塞式壓力計(jì)準(zhǔn)確性的影響 [打印本頁]

作者: 飄逸狂想 時(shí)間: 2010-5-8 00:24
標(biāo)題: 重力加速度對(duì)活塞式壓力計(jì)準(zhǔn)確性的影響
活塞式壓力計(jì)具有準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在量值傳遞、精密測(cè)量、常規(guī)測(cè)量方面得到了廣泛的推廣和使用。
活塞式壓力計(jì)誤差主要來源有兩個(gè):一個(gè)是活塞有效面積A；另一個(gè)是砝碼質(zhì)量m。由于各地重力加速度不同，對(duì)活塞式壓力計(jì)的誤差影響很大。在不同地區(qū)使用活塞式壓力計(jì)要注意對(duì)砝碼的質(zhì)量按使用地點(diǎn)的重力加速度進(jìn)行修正。

一、問題的提出
在活塞有效面積檢定中，其被檢活塞式壓力計(jì)有效面積計(jì)算中，重力加速度在等式兩邊約去。所以檢定有效面積時(shí)，重力加速度的準(zhǔn)確與否對(duì)其沒有影響。
活塞專用砝碼質(zhì)量是根據(jù)已經(jīng)測(cè)得的活塞面積，計(jì)算壓力對(duì)應(yīng)的砝碼質(zhì)量。其計(jì)算公式為

式中:m——專用砝碼質(zhì)量，kg；p——被測(cè)量壓力值，Pa；A′——被檢活塞的有效面積，m2；ρa(bǔ)——周圍空氣密度，kg/m3；ρm—專用砝碼、活塞及其連桿材料密度，kg/m3；g——活塞式壓力計(jì)使用地點(diǎn)的重力加速度，m/s2。
重力加速度是其中一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)，其準(zhǔn)確性直接影響活塞質(zhì)量。
從JJG59-2007《活塞式壓力計(jì)》檢定規(guī)程中可知，烏魯木齊地區(qū)的平均重力加速度值為9.8015m/s2，而通過實(shí)際測(cè)量工作地點(diǎn)的緯度和海拔高度，以重力加速度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出的重力加速度值與JJG59-2007給出的重力加速度值相差很大。

二、誤差計(jì)算
為了研究烏魯木齊地區(qū)重力加速度值測(cè)定不準(zhǔn)引入誤差對(duì)活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的影響，通過對(duì)自治區(qū)計(jì)量院壓力檢定室地理位置海拔高度、緯度實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算重力加速度值，并探討同一地區(qū)重力加速度測(cè)定不準(zhǔn)對(duì)引入誤差數(shù)值的影響。
我院壓力檢定室的緯度是43.989°、海拔高度是730m。通過重力加速度計(jì)算公式，得

式中:R——地球半徑，等于6371×103m；h——測(cè)量地點(diǎn)的海拔高度；Φ——測(cè)量地點(diǎn)的緯度。
經(jīng)過計(jì)算，我院的重力加速度g=9.8035m/s2，而JJG59-2007中烏魯木齊的重力加速度為9.8015m/s2，重力加速度誤差將引起活塞砝碼質(zhì)量誤差達(dá)到0.02%，而JJG59-2007中最低級(jí)別的0.05級(jí)活塞砝碼質(zhì)量的最大允許誤差僅為±0.02%，0.02級(jí)和0.005級(jí)活塞的砝碼質(zhì)量要求更高。所以，JJG59-2007中給定的重力加速度不能滿足高準(zhǔn)確度的需求。
重力加速度與海拔高度、緯度有直接的關(guān)系，經(jīng)計(jì)算得知在我國(guó)所處的區(qū)域內(nèi)，緯度相差1°的兩地g值相差(0.0006～0.0009)m/s2。在同一緯度地區(qū)海拔每升高30m，g值減小約0.0001m/s2。g值每變化0.000lm/s2，引起活塞質(zhì)量的誤差大約為0.001%。所以為滿足實(shí)際測(cè)量要求的需要，應(yīng)當(dāng)給定準(zhǔn)確的使用地點(diǎn)的重力加速度值。

三、實(shí)際使用中的問題
2008年年初，我院建立了0.005級(jí)活塞式壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置。在建標(biāo)過程中發(fā)現(xiàn)，JJG59-2007中的重力加速度不能滿足需要，我們需要至少能準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后5位的重力加速度數(shù)值。而通過緯度和海拔計(jì)算得到的重力加速度與JJG59-2007中給定的重力加速度相差較大，在沒有可靠計(jì)量手段的情況下，不能確定哪個(gè)更為準(zhǔn)確。
經(jīng)過查詢資料了解到，自治區(qū)地震局有重力加速度測(cè)量觀測(cè)站，并且進(jìn)行了長(zhǎng)期的測(cè)量，有十分準(zhǔn)確的重力加速度數(shù)值。在與自治區(qū)地震局聯(lián)系后獲得了重力加速度的相對(duì)數(shù)值。經(jīng)過與自治區(qū)地震局技術(shù)人員合作，將相對(duì)重力加速度轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的絕對(duì)重力加速度值。其值為(9.80097±0.00001)m/s2，這個(gè)值的誤差引起的砝碼質(zhì)量誤差僅為0.0001%，完全能夠滿足實(shí)際需要。
通過數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，據(jù)海拔計(jì)算的重力加速度為9.8035m/s2，而JJG59-2007中烏魯木齊的重力加速度為9.8015m/s2，但實(shí)際觀測(cè)所得到的數(shù)據(jù)為9.80097m/s2。可見，通過海拔和緯度計(jì)算得到的重力加速度值誤差較大，無法滿足JJG59-2007的要求。
筆者在對(duì)各地活塞式壓力計(jì)檢定的過程中發(fā)現(xiàn)，重力加速度很容易被忽視。在對(duì)克拉瑪依油田公司的全自動(dòng)井下壓力計(jì)檢定裝置檢定中，發(fā)現(xiàn)其壓力值始終有較大誤差，經(jīng)過仔細(xì)檢查，最終發(fā)現(xiàn)其自動(dòng)控制參數(shù)中的重力加速度竟然還是出廠值，與實(shí)際使用地的重力加速度誤差很大，經(jīng)過重新設(shè)置后誤差明顯縮小。
此后，在吐哈油田和澤普石油基地的自動(dòng)壓力裝置檢定中也發(fā)現(xiàn)有類似的問題。很多活塞式壓力計(jì)的使用人員對(duì)機(jī)器的參數(shù)不了解，尤其是重力加速度由于使用地點(diǎn)不一樣，其數(shù)值變化較大，并且其準(zhǔn)確值的獲得也比較困難，往往被忽視。

四、建議及總結(jié)
由于自治區(qū)地域遼闊，緯度變化很大，從北邊的阿勒泰到南邊的和田，緯度相差10°。由于地形復(fù)雜，海拔高度從幾千米到海平面以下100多米，變化也很大，這就造成了自治區(qū)重力加速度值分布變化也很大。從鄯善到吐魯番，相距不過80公里，重力加速度就相差0.002m/s2。而吐哈油田井下測(cè)試公司的全自動(dòng)活塞式壓力計(jì)的使用位置距離鄯善30公里的鄯善火車站，其重力加速度值在現(xiàn)有的資料上難以查詢，而通過緯度和海拔計(jì)算的值又難以滿足實(shí)際需要。目前，這些活塞的重力加速度值是憑借已有資料和經(jīng)驗(yàn)修正得到的，其準(zhǔn)確性難以保證。
由于重力加速度在一個(gè)固定的地點(diǎn)其值變化量非常小，是非常穩(wěn)定的。因此，只需在使用活塞的地點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，就可以滿足以后的使用需要。
因此筆者建議，在進(jìn)行活塞式壓力計(jì)建標(biāo)時(shí)，就使用地點(diǎn)的重力加速度、經(jīng)緯度以及海拔高度進(jìn)行測(cè)量，并備案在裝置的檔案中。這樣能夠很好地提高活塞式壓力計(jì)的使用準(zhǔn)確度，提高量傳的準(zhǔn)確性。
另一方面，由于重力加速度在生產(chǎn)科研中的重要作用，作為自治區(qū)級(jí)計(jì)量單位，應(yīng)當(dāng)有一套測(cè)量重力加速度的裝置對(duì)各地重力加速度值進(jìn)行測(cè)量，以滿足各個(gè)行業(yè)對(duì)重力加速度值的使用需求。

作者: 路云 時(shí)間: 2010-5-8 12:21
要精確測(cè)量重力加速度是一件非常耗資、耗時(shí)的事，且要在真空環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)起來有一定難度。

作者: LLLWWW 時(shí)間: 2010-5-8 13:00
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作者: LLLWWW 時(shí)間: 2010-5-8 13:03
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作者: LLLWWW 時(shí)間: 2010-5-9 10:16
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作者: 口杯 時(shí)間: 2010-6-17 08:18
重力加速度在當(dāng)?shù)匦姓块T歸哪個(gè)部門管？

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