活塞壓力計的工作原理、結構類型、誤差因素的定量分析（一）

摘要：本文對活塞式壓力計的工作原理、結構類型、誤差因素進行了較為詳細的介紹，并結合具體實例，對活塞壓力計的不確定因素進行了定量分析。

壓力（P）不是獨立的基本物理量，而是質量和長度量的導出量。壓力的定義為：

P = F/A (1)

式中，F 為力值，A 為承受該力值的面積。

根據以上原理，我們可以采用多種方法通過特定的機械裝置產生壓力。其中見的方法是液體壓力計裝置和活塞式壓力計裝置。

本文將對活塞壓力計裝置進行討論。

活塞式壓力計又稱為靜重式壓力計，是利用流體靜力平衡原理及帕斯卡定律工作的儀器。

流體靜力平衡是通過作用在活塞系統的力值與傳壓介質產生的反作用力相平衡實現的。活塞系統由活塞和缸體（活塞筒）組成，二者形成的動密封配合。活塞的面積（有效面積）是已知的，當已知的力值作用在活塞一端時，活塞另一端的傳壓介質會產生與已知力值大小相等方向相反的力與該力相平衡。由此，可以通過作用力值和活塞的有效面積計算得到系統內傳壓介質的壓力。在實際應用中，力值通常由砝碼的質量乘以使用地點的重力加速度得到。

活塞式壓力計的結構類型有很多種。最基本的結構原理如圖 1 所示。

由此方法得到的壓力的不確定度取決于儀器本身的物理特性（和不確定度）以及許多外部影響因素。 所有因素都必須予以深入的分析和考慮。對不確定度影響因素的重視程度將直接決定測量結果“誤差”的大小。

來自活塞式壓力計本身的測量不確定度的影響分量主要有：砝碼、活塞系統的剛度、活塞系統的溫度膨脹系數、流體的表面張力、垂直度影響、以及磁場對磁性部件的影響等。

   來自外部因素的不確定度影響分量主要有：使用地點的重力加速度、砝碼在空氣中受到的浮力、操作環境的受控程度和穩定程度。

應該注意到：我們以上討論的不確定度分量只是局限在活塞壓力計本身的測量不確定度進行分析得出的。如果我們要給出被校驗儀器的測量不確定度報告，還必須對其他因素加以考慮。這些因素包括：與流體介質種類和參考壓力（或氣壓）相關的位置差、系統泄漏、溫度梯度等。