重力加速度對新款活塞式壓力計年檢的影響

由于我國地域遼闊，緯度變化很大，以新疆為例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，這就造成了我國重力加速度值分布變化也很大。所以重力加速度對新款活塞式壓力計年檢校準(zhǔn)影響就非常大。

我們先了解下年檢校準(zhǔn)的定義

年檢校準(zhǔn)的基本要求校準(zhǔn)應(yīng)滿足的基本要求如下:

1)環(huán)境條件校準(zhǔn)如在檢定(校準(zhǔn))室進(jìn)行，則環(huán)境條件應(yīng)滿足實驗室要求的溫度、濕度等規(guī)定。校準(zhǔn)如在現(xiàn)場進(jìn)行，則環(huán)境條件以能滿足儀表現(xiàn)場使用的條件為準(zhǔn)。

2)儀器作為校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)儀器其誤差限應(yīng)是被校表誤差限的1/3~1/10。

3)人員校準(zhǔn)雖不同于檢定，但進(jìn)行校準(zhǔn)的人員也應(yīng)經(jīng)有效的考核，并取得相應(yīng)的合格證書，只有持證人員方呆出具校準(zhǔn)證書和校準(zhǔn)報告，也只有這種證書和報告才認(rèn)為是有效的。

影響

活塞式壓力計具有準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、操作簡單等優(yōu)點，在量值傳遞、精密測量、常規(guī)測量方面得到了廣泛的推廣和使用。

活塞式壓力計誤差主要來源有兩個:一個是活塞有效面積A;另一個是砝碼質(zhì)量m。由于各地重力加速度不同，對活塞式壓力計的誤差影響很大。在不同地區(qū)使用活塞式壓力計要注意對砝碼的質(zhì)量按使用地點的重力加速度進(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有效面積計算中，重力加速度在等式兩邊約去。所以檢定有效面積時，重力加速度的準(zhǔn)確與否對其沒有影響。

活塞專用砝碼質(zhì)量是根據(jù)已經(jīng)測得的活塞面積，計算壓力對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。其計算公式為

式中:m--專用砝碼質(zhì)量，kg;

p--被測量壓力值，Pa;

A′--被檢活塞的有效面積，m²;

ρ_a--周圍空氣密度，kg/m³;

ρ_m-專用砝碼、活塞及其連桿材料密度，kg/m³;

g--活塞式壓力計使用地點的重力加速度，m/s²。

重力加速度是其中一個重要的計算參數(shù)，其準(zhǔn)確性直接影響活塞質(zhì)量。

從JJG59-2007《活塞式壓力計》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，而通過實際測量工作地點的緯度和海拔高度，以重力加速度計算公式進(jìn)行計算，計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、誤差計算

為了研究烏魯木齊地區(qū)重力加速度值測定不準(zhǔn)引入誤差對活塞式壓力計標(biāo)準(zhǔn)裝置的影響，通過對自治區(qū)計量院壓力檢定室地理位置海拔高度、緯度實際測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算重力加速度值，并探討同一地區(qū)重力加速度測定不準(zhǔn)對引入誤差數(shù)值的影響。

我院壓力檢定室的緯度是43.989°、海拔高度是730m。通過重力加速度計算公式，得

式中:R--地球半徑，等于6371×10³m;

h--測量地點的海拔高度;

Φ--測量地點的緯度。

經(jīng)過計算，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中低級別的0.05級活塞砝碼質(zhì)量的大允許誤差僅為±0.02%，0.02級和0.005級活塞的砝碼質(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)計算得知在我國所處的區(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%。所以為滿足實際測量要求的需要，應(yīng)當(dāng)給定準(zhǔn)確的使用地點的重力加速度值。

三、實際使用中的問題

2008年年初，我院建立了0.005級活塞式壓力計標(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)點后5位的重力加速度數(shù)值。而通過緯度和海拔計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，在沒有可靠計量手段的情況下，不能確定哪個更為準(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量觀測站，并且進(jìn)行了長期的測量，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數(shù)值。經(jīng)過與自治區(qū)地震局技術(shù)人員合作，將相對重力加速度轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的重力加速度值。其值為(9.80097±0.00001)m/s²，這個值的誤差引起的砝碼質(zhì)量誤差僅為0.0001%，完全能夠滿足實際需要。

通過數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，據(jù)海拔計算的重力加速度為9.8035m/s²，而JJG59-2007中烏魯木齊的重力加速度為9.8015m/s²，但實際觀測所得到的數(shù)據(jù)為9.80097m/s²?？梢姡ㄟ^海拔和緯度計算得到的重力加速度值誤差較大，無法滿足JJG59-2007的要求。

筆者在對各地活塞式壓力計檢定的過程中發(fā)現(xiàn)，重力加速度很容易被忽視。在對克拉瑪依油田公司的全自動井下壓力計檢定裝置檢定中，發(fā)現(xiàn)其壓力值始終有較大誤差，經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)其自動控制參數(shù)中的重力加速度竟然還是出廠值，與實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。很多活塞式壓力計的使用人員對機器的參數(shù)不了解，尤其是重力加速度由于使用地點不一樣，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。而吐哈油田井下測試公司的全自動活塞式壓力計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算的值又難以滿足實際需要。目前，這些活塞的重力加速度值是憑借已有資料和經(jīng)驗修正得到的，其準(zhǔn)確性難以保證。

由于重力加速度在一個固定的地點其值變化量非常小，是非常穩(wěn)定的。因此，只需在使用活塞的地點進(jìn)行一次測量，就可以滿足以后的使用需要。

因此筆者建議，在進(jìn)行活塞式壓力計建標(biāo)時，就使用地點的重力加速度、經(jīng)緯度以及海拔高度進(jìn)行測量，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)級計量單位，應(yīng)當(dāng)有一套測量重力加速度的裝置對各地重力加速度值進(jìn)行測量，以滿足各個行業(yè)對重力加速度值的使用需求