液壓式測力計裝置設(shè)計

液壓式測力計裝置設(shè)計摘要：本論文介紹了有液壓測力裝置有關(guān)背景知識和發(fā)展現(xiàn)狀，以及設(shè)計一個簡便的液壓測力裝置。其中討論了液壓測力的基本原理和其適用范圍，研究它的對于其他測力裝置的優(yōu)劣。重點闡述了設(shè)計的總體思路和該液壓測力裝置各個部件的選用及壓力用油做了最優(yōu)選擇，并對該裝置重要部件缸體做了詳細的校核，且對該測力裝置的測量范圍和測量精度也做了客觀的討論。最后，就活塞與缸筒間的內(nèi)泄問題，缸桶系統(tǒng)的“有效面積”和壓力表對液壓測力裝置測定值的影響做了細致論述，做出了前瞻性研究。關(guān)鍵詞：液壓測力缸體壓力油PAGE18目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章引言 1第二章液壓測力裝置提出和意義 2第一節(jié)液壓式測力裝置的設(shè)計制造 2第二節(jié)制造工藝復(fù)雜成本較高 3第三章總體設(shè)計 4第一節(jié)油缸的選用與校核 4第二節(jié)活塞的選用與校核 5第三節(jié)壓力表的選用 5第四節(jié)密封圈的選用 6第五節(jié)排氣閥的選用 7第六節(jié)頂頭的設(shè)計 7第七節(jié)液壓油的選用 8第四章幾個關(guān)鍵問題的研究 15第一節(jié)活塞與缸筒間的內(nèi)泄分析 15第二節(jié)壓力表對液壓測力裝置測影響分析 15第三節(jié)缸桶系統(tǒng)的有效面積 17結(jié)論 19致謝 20參考文獻 21第一章引言計量是關(guān)于測量的科學(xué)，是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠和與國際一致的科學(xué)和管理活動。實際上，人類在科學(xué)研究、經(jīng)濟活動和社會活動中，時時刻刻都離不開計量。眾所周知，尺子、秤、電表、秒表、煤氣表都是用于計量的，計量已經(jīng)滲透到了人類工作、學(xué)習(xí)、生活的各方面，人們在不知不覺當中，應(yīng)用和享用了計量知識和技術(shù)。計量與國民經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域息息相關(guān)，不管是人類的衣食住行、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究，還是國內(nèi)外貿(mào)易，處處都離不開計量?，F(xiàn)代計量已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要技術(shù)基礎(chǔ)。此外，大量的事實證明，物理學(xué)上的許多重要發(fā)展，都是在精密計量測試的基礎(chǔ)上取得的。而許多國防尖端技術(shù)的突破，也和計量測試分不開。因此，從這個意義上說，可以將科學(xué)技術(shù)和計量的關(guān)系概括為一句話：“科技要發(fā)展，計量須先行”。第二章液壓測力裝置提出和意義在工業(yè)生產(chǎn)中，測量兩個物體之間夾緊力的大小是實際生產(chǎn)中經(jīng)常要遇到的問題。一般常規(guī)的測量方法比較多，如利用彈簧，應(yīng)變片的方法等，但在某些場合下使用常規(guī)的測量方法往往有很多不便，如要測量制動器抱閘的夾緊力，要測量圓柱形電極接電連接頭之間夾緊力等。而液壓式測量裝置可以很好的解決上述問題?？傮w上，測力計量在工業(yè)生產(chǎn)、建筑、國防等領(lǐng)域中具有非常重要的作用。各種類型的測力裝置可以產(chǎn)生準確的力值,作為一個國家力值的基準,在國家整個力值傳遞系統(tǒng)中占有十分重要的地位。與其他類型測力裝置相比，液壓式測力裝置可以測量很大的力，適用于大力值計量領(lǐng)域。液壓裝置設(shè)計時液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計的延續(xù)和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，可以說也是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計過程的歸宿。事實上，一個液壓系統(tǒng)能否可靠有效的運行，在很大程度上取決于液壓裝置設(shè)計的質(zhì)量的優(yōu)劣，從而使液壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中成為一個相當重要的環(huán)節(jié)。第一節(jié)液壓式測力裝置的設(shè)計制造一、液壓式測力裝置設(shè)計制造原理液壓式測力裝置是以帕斯卡原理為基礎(chǔ)設(shè)計制造。帕斯卡定律指出，密封容器內(nèi)的液體向各個方向施加相等的壓力，根據(jù)這一原理，作用于封閉液體的外力，以相等的壓力向限制液體的容器或者管道的表面?zhèn)鬟f。在液壓式測力機的液壓，系統(tǒng)中，作用于小面積的測力活塞上的標準砝碼的重力W，會在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個大的標準力值F，作用到待檢的測力計或測力傳感器上。如圖2.1所示，油液在油缸、活塞間隙中的泄漏由泵站提供的壓力為P的高壓油補給，從而使系統(tǒng)接近于液壓平衡。設(shè)計、制造液壓式測力機的技術(shù)關(guān)鍵在于油缸和活塞之間不能存在任何的機械摩擦，而只能有液體摩擦。同時，為了減小缸塞間的漏油量，以保證全機處于液壓平衡狀態(tài)，要求缸塞間的配合間隙極小(單邊間隙一般情況不得超過幾十微米)。無論采用何種方案解決這一關(guān)鍵問題，不僅要以嚴謹、可靠的理論為基礎(chǔ)，還要考慮加工工藝、制造成本等諸多實際因素。傳統(tǒng)的解決方法是采用“動壓潤滑”的方法，即油缸圍繞活塞旋轉(zhuǎn)，從而在缸塞間建立液體摩擦。這一方法對有效面積較小的測力缸塞系統(tǒng)而言，不難實現(xiàn)，但對于有效面積較大的工作缸塞系統(tǒng)來說,卻存在以下兩點問題。二、測力機的波動度較大由于油缸旋轉(zhuǎn),使缸塞相對位置不斷變化，因而漏油量也不斷變化，整個液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很難保持穩(wěn)定，結(jié)果造成測力機的波動度較大。第二節(jié)制造工藝復(fù)雜成本較高本文介紹一種液壓式測力裝置，它既可以測量圓形二物體之間的夾緊力，通過改變前后頂頭的形狀，可用來測量非圓柱形物體之間的夾緊力，而且通過裝置上的壓力表可直接讀出被測量物體之間夾緊力的大小。裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。圖2.1液壓式測力機原理圖第三章總體設(shè)計第一節(jié)油缸的選用與校核內(nèi)徑大小和內(nèi)桶的長度的確定是液壓式測力裝置測量范圍的重要參數(shù)，壁厚的確定是液壓測力裝置穩(wěn)定性和安全性的重要參數(shù)之一。在靜止液體中，任意一點所受到各方向的壓力都相等。靜止液體中某一微小面積-A么上受法向作用力-F隊其壓力可用下式表示：-FP=lim—(3.1)-A∞-A靜止液體和固體壁面相接觸時，固體壁面上各點在一方向上所受靜壓作用力的總和。便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。固體壁面為一平面時，如不計重力作用，平面上各點處的靜壓力大小相等，作用在壁面上的力等于靜壓力與承壓面積的乘積，即F＝pA，其作用方向垂直于壁面。當固體壁面為一曲面時，情況就不同了：曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。圖3.1作用在曲面上的力當固體壁面為一曲面時，情況就不同了：曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。圖3.2缸體第二節(jié)活塞的選用與校核活塞外表面的粗糙度和精度是決定改液壓測力裝置精度和靈敏度的重要條件，它的密封首先用活塞圈，再用兩個O型密封圈，經(jīng)檢驗，密封合格。圖3.3活塞用45鋼成型后，先淬火，然后滲碳，注意須放置時，要垂直放置，或懸掛。第三節(jié)壓力表的選用一般選擇壓力表的常用工作點在其全量程的2/3左右時最為理想。因此：P=Ps/(2/3)=16/(2/3)=24MPa式中：Ps——油缸的常用工作壓力20MPaPp——所選壓力表的量程根據(jù)工廠的實際情況所以決定選用30MPa的壓力表。第四節(jié)密封圈的選用由于該液壓測力裝置是測量比較大的里，要求密封圈既能承受足夠大的壓強，又要盡量減少泄漏。液壓缸的密封液壓缸是依靠密封的工作容積變化來傳遞動力和運動的。因此要求兩個有相對運動的零件之間形成的空間應(yīng)是密封的。不使油液從進油腔泄漏至回油腔，更不允許泄漏到缸體外面，若密封不良不僅使液壓缸的性能和效率降低，甚致失去工作能力，因此，對液壓缸的密封提出以下要求：1、在額定工作壓力下，保證良好的密封，使其減少泄漏。2、相對運動的零部件間，密封裝置引起的摩擦力要小，不允許有卡死或爬行現(xiàn)象。3、密封元件的加工工藝和裝配簡單。即制造容易，成本低，適于組織集中生產(chǎn)和標準化生產(chǎn)。4、耐磨性好，工作壽命長，磨損后在一定程度上能自動補償。本裝置選用的是O型密封圈，通常安裝在矩形的溝槽中，用于固定件或往復(fù)運動件間的密封。具有以下一些特點：（1）密封性較好，壽命較長；（2）用一個密封圈可起到雙向密封的作用；（3）懂摩擦阻力小；（4）對油液的種類，溫度和壓力適應(yīng)性較強；（5）體積小，重量輕，成本??；（6）結(jié)構(gòu)簡單，拆卸簡單；（7）既可做動密封，又可做靜密封；（8）可在較大溫度范圍內(nèi)工作。第五節(jié)排氣閥的選用如果沒有排氣閥的設(shè)置，壓力油進入缸腔后，缸內(nèi)仍會有客氣，由于空氣具有壓縮性和滯后性，影響測力裝置的準確性。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，出來阻止空氣進入外，必須在缸體上安設(shè)排氣閥。排氣閥排的位置要合理，一遍安裝后調(diào)試前排除缸體內(nèi)部的空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動，不會讓空氣有積存的殘留死角。第六節(jié)頂頭的設(shè)計由于該液壓測力裝置在各種不同的環(huán)境條件下使用，有著不同的測量條件需要滿足，所以塞給出兩個成套的頂頭，以便在不同的環(huán)境中，可以很好的和被測量物體貼合緊切，可以是測量更加準確。如下圖：圖3.4a圖3.4b頂頭2第七節(jié)液壓油的選用液壓油的性能直接關(guān)系到改液壓測力機的準確性和精度，本文對此做了較為細致的討論分析。密度：定義為單位體積的質(zhì)量。一、液壓油的主要物理性質(zhì)1、密度：ρ＞=m/v﹙kg/m3﹚(3.2)式中：m——液體的質(zhì)量v——液體的體積2、壓縮性和膨脹性油液的密度是隨著溫度、壓力的變化而變化的，即密度是溫度和壓力的函數(shù)其數(shù)學(xué)表達式為：〉=〉pt液體的密度隨壓力和溫度的變化量很小，純液壓油的體積彈性模量K值1.4×109~2×109N/m2，當液體中混入有不溶解的氣體時，液體的體積彈性模量k會大大降低?？紤]到一般液壓系統(tǒng)中很難避免混入氣體，所以計算時常取f＝7XlcpN/m2，其計算結(jié)果與實際比較接近。由于液壓油的可壓縮性很小，所以一般可以忽略。但在高壓以及研究系統(tǒng)動態(tài)性能時，則不能忽略。二、粘度1、粘性當油液在外力作用下流動時，由于油液分子之間的內(nèi)聚力和油液分子與固體壁面的附著力，會導(dǎo)致油液分子之間產(chǎn)生相對運動從而在油液中產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。油在流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為粘性。只有在流動時，油液的粘性才顯示出來，靜止液體則不顯示粘性。2、粘度的單位粘性的大小可用粘度來衡量。粘度是液體最重要的特性之一，對液壓系統(tǒng)中所用的液壓油的粘度常有較嚴格的要求。粘度一般可用下面幾種不同的單位來表示。動力粘度（1）如圖所示，兩塊平行平板間充滿著油液，上平板以速度v向右運動，下平板固定不動。緊貼在上平板的油液粘附在上平板上與上平板一起以速度v運動。緊貼在下平板的油液則粘在于下平板而保持靜止。當兩平板之間距離h較小時，油液速度呈線性規(guī)律分布。因而這時的流動可看作為許多薄體層的運動由于各層的流動速度不同，流速高的流層會帶動流速低的流層，而流速低的沉層又會阻滯流速高的流層。這樣在流層之間就產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力。根據(jù)試驗研究，其液層間的內(nèi)摩擦力F與接觸面積Ａ和兩液層的相對速度du正比，與兩液層間的距離dz成反比。dudu即F=∝A—或=∝—(3.3)dzdz圖3.5液體粘性示意圖上式稱為牛頓內(nèi)摩擦定律。式中∝為動力粘度或內(nèi)摩擦系數(shù)，/為單位面積的摩擦力(剪切應(yīng)力)，du/dz為油液相對滑動的速度梯度。動力粘度∝的物理意義是：當速度梯度為1時單位面積上的內(nèi)摩擦力。如果動力粘度只與液體的種類有關(guān)而與速度梯度無關(guān)，則這種液體稱為牛頓液體，否則為非牛頓液體。液壓油一般為牛頓液體。（2）v的物的法定計量單位為mm2∕s運動粘度v沒有明確理意義，但在計算中常用到。由于v的單位中只有運動學(xué)要素，故稱為運動粘度。（3）相對粘度由于動力粘度較難直接測量，因此工業(yè)上還常采用相對粘度來度量液體的粘性。液體的相勸拈度又稱條件粒度，是以被測液體的粘度相對于水的粘度的大小程度來表示的。我國用恩氏粘度°E三、粘度與壓力的關(guān)系當壓力增加時，液體分子之間距離縮小，內(nèi)聚力增大，粘度也增大。在一般情況下，壓力對粘度的影響較小，可不加考慮。只有在壓力較高或壓力變化較時才需考慮壓力對粘度的影響，它們之間的關(guān)系為：｛p=｛oebq(3.4)｛p——壓力為ｐ時液體的運動粘度； ｛o——大氣壓力下液體的運動粘度；e——自然對數(shù)的底；b——系數(shù)。

四、粘度與溫度的關(guān)系溫度對油液粘度的影響較大。當溫度增加時。液體分子活動能力增強，內(nèi)聚力減小，粘度降低。油液粘度與溫度的關(guān)系稱為粘溫特性。不同的油濃有不同的粘溫特性。在30～150℃范圍內(nèi)，運動粘度v﹤76mm2/s的礦物的礦物油的粘度與溫度的關(guān)系表3.1溫度指數(shù)nv(mm2∕s)2.56.59.51221303845n1.391.591.721.791.992.102.243.32液壓系統(tǒng)是依靠液壓油來傳遞能量的，它的性能會直接影響到液壓系統(tǒng)的工作。對液壓傳動系統(tǒng)治壓油的使用要求可概括如下：1、粘度合適，隨溫度的變化小工作介質(zhì)粘度是根據(jù)液壓系統(tǒng)中重要液壓元件的油膜承載能力確定的，故應(yīng)在保證承載能力的條件下，選擇合適的介質(zhì)粘度。工作介質(zhì)的粘度太大，系統(tǒng)的壓力損失大，效率降低，而且泵的吸油狀況惡化，容易產(chǎn)生空穴和氣蝕作用，使泵運轉(zhuǎn)困難。粘度太小，則系統(tǒng)泄漏太多，容積損失增加，系統(tǒng)效率亦低，并使系統(tǒng)的剛性變差。此外，季節(jié)改變，以及機器在啟動前后和正常運轉(zhuǎn)的過程中，工作介質(zhì)的溫度會發(fā)生變化，因此，為了使液壓系統(tǒng)能夠正常和穩(wěn)定地工作，要求工作介質(zhì)的粘度隨溫度的變化要小。2、潤滑性良好工作介質(zhì)對液壓系統(tǒng)中的各運動部件起潤滑作用，以降低摩擦和減少磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作。近來，液壓系統(tǒng)和元件正朝高性能化方向發(fā)展，許多摩擦部件處于邊界潤滑狀態(tài)，所以，要求液壓工作介質(zhì)具有良好的潤滑性。3、抗氧化工作介質(zhì)與空氣接觸會產(chǎn)生氧化變質(zhì)，高溫、高壓和某些物質(zhì)(如銅、鋅、鋁等)會加速氧化過程。氧化后介質(zhì)的酸值增加，腐蝕性增強，而且氧化生成的粘稠物會堵塞元件的孔、隙，影響系統(tǒng)的正常工作，因此，要求工作介質(zhì)具有良好的抗氧化性。4、剪切安定性好工作介質(zhì)在經(jīng)過泵、閥和微孔元、器件時，要經(jīng)受劇烈的剪切。這種機械作用會使介質(zhì)產(chǎn)生兩種形式的粘度變化：即在高剪切速度下的暫時性粘度損失和聚合型增粘劑分子破壞后造成的永久性粘度下降。在高速、高壓時這種情況尤為嚴重。粘度降低到一定程度后就不能夠繼續(xù)使用，因此，要求工作介質(zhì)的剪切安定性好。5、防銹和不腐蝕金屬液壓系統(tǒng)中許多金屬零件長期與工作介質(zhì)接觸，其表面在溶解于介質(zhì)中的水分和空氣的作用下會發(fā)生銹蝕，使精度和表面質(zhì)量受到破壞。銹蝕顆粒在系統(tǒng)中循環(huán)，還會引起元件加速磨損和系統(tǒng)故障。同時，也不允許介質(zhì)自身對金屬零件有腐蝕作用，或會緩慢分解產(chǎn)生酸等腐蝕性物質(zhì)。所以，要求液壓工作介質(zhì)具有良好的保護金屬、防止生銹和不腐蝕金屬的性能。6、同密封材料相容工作介質(zhì)必須同元件上的密封材料相容，不引起溶脹、軟化或硬化，否則，密封會失效，產(chǎn)生泄漏，使系統(tǒng)壓力下降，工作不正常。7、消泡和抗泡沫性混入和溶于工作介質(zhì)的空氣，常以氣泡(直徑大于1.0mm)和霧沫空氣(直徑小于0.5mm)兩種形式析出，即起泡。起泡的介質(zhì)使系統(tǒng)的壓力降低，潤滑條件惡化，動作剛性下降，并引起系統(tǒng)產(chǎn)生異常噪聲、振動和氣蝕。此外，空氣泡和霧沫空氣的表面積大，同介質(zhì)接觸使氧化加速，所以，要求工作介質(zhì)具有良好的消泡和抗泡沫性。8、抗乳化性水可能從不同途徑混入工作介質(zhì)。含水的液壓油工作時受劇烈攪動極易乳化，乳化使油液劣化變質(zhì)和生成沉淀物，妨礙冷卻器的導(dǎo)熱，阻滯管道和閥門，降低潤滑性及腐蝕金屬，所以，要求工作介質(zhì)具有良好的抗乳化性。9、清凈度工作介質(zhì)中的機械雜質(zhì)會堵塞液壓元件通路，引起系統(tǒng)故障。機械雜質(zhì)又會使液壓元件加速磨損，影響設(shè)備正常工作，加大生產(chǎn)成本。各種液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)都應(yīng)符合相應(yīng)清凈度的要求。10、其他良好的化學(xué)穩(wěn)定性、低溫流動性、抗燃性，以及無毒、無臭，在工作壓力下，具有充分的不可壓縮性。五、液壓工作介質(zhì)品種的選擇1、液壓系統(tǒng)所處的工作環(huán)境即液壓設(shè)備是在室內(nèi)或戶外作業(yè)，還是在寒區(qū)或溫暖的地帶工作,周圍有無明火或高溫?zé)嵩?，對防火安全、保持環(huán)境清潔、防止污染等有無特殊要求。2、液壓系統(tǒng)的工況如液壓泵的類型，系統(tǒng)的工作溫度和工作壓力，設(shè)備結(jié)構(gòu)或動作的精密程度，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時間，工作特點，元件使用的金屬、密封件和涂料的性質(zhì)等。3、液壓工作介質(zhì)方面的情況如貨源、質(zhì)量、理化指標、性能、使用特點、適用范圍，以及對系統(tǒng)和元件材料的相容性等。4、經(jīng)濟性即考慮液壓工作介質(zhì)的價格，更換周期、維護使用是否方便，對設(shè)備壽命的影響等。六、液壓工作介質(zhì)粘度的選擇1、意義對多數(shù)液壓工作介質(zhì)來說，粘度選擇就是介質(zhì)牌號的選擇。粘度選擇適當，不僅可提高液壓系統(tǒng)的工作效率、靈敏度和可靠性，還可以減少溫升，降低磨損，從而延長系統(tǒng)元件的使用壽命。2、選擇依據(jù)液壓系統(tǒng)的元件中，液壓泵的載荷最重，所以，介質(zhì)粘度的選擇，通常是以滿足液壓泵的要求來確定。3、修正對執(zhí)行機構(gòu)運動速度較高的系統(tǒng)，工作介質(zhì)的粘度要適當選小些。以提高動作的靈敏度減少流動阻力和系統(tǒng)發(fā)熱。七、使用要求內(nèi)容或措施1、日常維護(1)保持環(huán)境整潔，正確操作，防止水分、雜物或空氣混入。(2)含水型液壓液的使用溫度不要超過規(guī)定值，以免水分過度蒸發(fā)。要定期檢查和補充水分，否則，其理化性質(zhì)會發(fā)生變化，影響使用，甚至失去難燃性，成為可燃液體。(3)對磷酸酯要特別注意防止進水，以免發(fā)生水解變質(zhì)。2、安全(1)使用液壓油要注意防火安全。(2)磷酸酯有極強的脫脂能力，使觸及的皮膚干裂。誤觸后應(yīng)立即用流水、肥皂清洗。第四章幾個關(guān)鍵問題的研究第一節(jié)活塞與缸筒間的內(nèi)泄分析活塞與缸筒間的密封，不像活塞桿密封圈破壞那樣油液流到外面，引起人們的注意。因而，微量的內(nèi)泄往往被忽視。但泄漏量多會引起測力裝置的測量不準確。這種微量的內(nèi)泄漏也會使流體積存到兩個密封圈之間而產(chǎn)生壓力。這種壓力有時達到很高。甚至把密封件從密封安裝槽中擠出，使密封件破損，最終導(dǎo)致測力裝置失效，這種現(xiàn)象為背壓引起的損壞。在這種狀態(tài)時，活塞和缸體接合面不可能密封，這就導(dǎo)致缸體內(nèi)泄，引起測量不準確，或根本無法測量。產(chǎn)生背壓的原因分析有以下幾點：1、活塞密封安裝槽前擋肩設(shè)計時與缸體間隙過大，有時達32、活塞密封件和滑動面出現(xiàn)傷痕時引起的背壓；3、活塞不良引起的背壓損傷，這主要指活塞密封安裝槽的表面粗糙度達不到要求在反交力加壓、減壓以及密封圈與缸體間的磨擦引起密封件破損產(chǎn)生背壓的。解決這種背壓的措施，如在密封圈的擋板上開孔，易于流體流出，或在Yx形密封圈槽中加入尼龍支承等，這樣都有效地防止背壓引起的破壞。工程機械液壓油缸的關(guān)鍵在于密封型式的選擇。如果我們不掌握密封型式的選用原則和注意事項，是難以達到預(yù)期的設(shè)計要求和使用效果的。第二節(jié)壓力表對液壓測力裝置測影響分析一、壓力表測量范圍的影響液壓千斤頂額定上限壓力一般在(50～60)MP之間，而生產(chǎn)廠家所選擇的配套壓力表測量范圍多為(0～60)MPa，這意味著正常使用時，工作壓力會達到壓力表測量上限的(90～100)％，這就帶來很大的隱患，無法保證測量結(jié)果的準確性和長期可靠性。按規(guī)定，使用壓力表測量壓力時，被測壓力不得超過壓力表測量上限3/4，一只測量范圍為(0～60)MPa壓力表，其正常線性工作區(qū)域在45MPa以下。如果液壓千斤頂需控制的壓力超過45MPa，壓力表彈性敏感元件就處于疲勞極限區(qū)工作時極易損壞，無法保證測量結(jié)果的準確性和長期可靠性。另外，根據(jù)JJG52—1999《彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表》檢定規(guī)程規(guī)定，一般壓力表的允許誤差在其測量上限的(90～100)％范圍內(nèi)，允許降低一級計算。這就意味著在檢定一塊1.6級、(0～60)MPa的一般壓力表時，雖然其允許誤差為±0.96MPa，但在(54～60)MPa區(qū)間，其誤差即使達到±1.5MPa依然可以判定其為合格。一般壓力表檢定中的這一特殊規(guī)定，也是造成液壓千斤頂上限壓力示值失準的重要原因之一。由此可見，選擇配套壓力表時，應(yīng)以測力裝置上限壓力的(140～200)％來確定壓力表的測量上限為宜?？紤]到壓力表的彈性后效影響，最好以測力裝置額定上限壓力的200％來確定壓力表測量上限。這就意味著，如果液壓千斤頂需控制的上限壓力在(50～60)MPa之間，選擇測量上限為100MPa的壓力表比較合適。二、壓力表準確度等級和分辨力的影響根據(jù)GB50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和GB50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》，預(yù)應(yīng)力張拉錨固后實際建立的預(yù)應(yīng)力值與工程設(shè)計規(guī)定檢驗值的相對允許偏差應(yīng)在±5％內(nèi)。然而，由于在實際測量過程中受設(shè)計規(guī)定、施工方法、檢測手段、配套儀表、環(huán)境等因素影響，檢測結(jié)果的可靠性和準確性也將受到較大影響。特別是對小負荷點,如在10MPa這一點時，壓力表的±1.6MPa誤差值，就意味著測力裝置的相對誤差高達16％。同時，不同等級的壓力表其最小分辨力也不同。以(0～100)MPa壓力表為例，0.4級的精密壓力表最小分度值為0.5MPa，由于指針刀鋒垂直于表盤，因而可估讀到最小分度值的1/10，故其最小分辨力為0.05MPa；而1.6級的一般壓力表最小分度值為2MPa，指針刀鋒平行于表盤，因而只能估讀到最小分度值的1/5，其最小分辨力為0.4MPa。由此可見，由分辨力帶來的估讀誤差影響也不容忽視。三、壓力表配套檢定時的影響在檢定條件完全相同的情況下，僅僅由于壓力表的選擇不同，其對液壓式測力裝置測量結(jié)果準確度的影響就不容忽視。四、不確定度分析分析液壓測力裝置的過程，其測量結(jié)果不確定度來源主要有以下幾方面：1、應(yīng)變式標準測力儀引入的標準不確定度分量；2、被檢液壓千斤頂檢定重復(fù)性引入的標準不確定度分量；3、溫度變化引入的不確定度分量；4、示值估讀不準確引入的不確定度分量；5、數(shù)據(jù)修約引起的標準不確定度分量。第三節(jié)缸桶系統(tǒng)的有效面積理想地說，對產(chǎn)生力有決定意義的缸塞系統(tǒng)的有效面積，應(yīng)相當于活塞與油缸基本面積的平均位。這一理想情況是以下述假設(shè)為先決條件的，即缸塞系統(tǒng)的制造，間隙中的壓力降或與壓力有關(guān)的變形均不會造成此系統(tǒng)直徑的變化；然而事實并非如此。盡管缸塞系統(tǒng)的直徑變化，已有可能減少到小于1微米的數(shù)值，但是要想消除缸塞系統(tǒng)在高壓下的變形，卻是完全不可能的。缸塞系統(tǒng)的變形，是由油缸內(nèi)徑的增加和活塞直徑的減小構(gòu)成的，它會導(dǎo)致有效面積系統(tǒng)性的放大，這種放大與壓力數(shù)值有關(guān)。按減小摩擦力的影響的觀點，在液壓式標推測力機小只使用無密封的缸塞系統(tǒng)，因而間隙中的壓力特降低到大氣壓。正如周密的研究所表明的那樣，這種壓力降在一次近似條件下可認為是線性的。但是，作為直徑變化的結(jié)果，在間隙中的優(yōu)勢壓力還會產(chǎn)生附加力。因此，缸塞系統(tǒng)購“合效面積”這個術(shù)語的意義應(yīng)加以引申，以便于指定一種表現(xiàn)的有效面積，此表觀面積足由包括作為壓力函數(shù)的所有面積組成的。一、有效面積的確定為了確定有效面積，在下面的推導(dǎo)過程中將要考慮諸如直徑變化、壓力降及變形這些實際上已獲知的所有參數(shù)。這樣，最終的計算方法和方程，就可用于所有的缸塞系統(tǒng)中去。如圖4.1所示為一缸塞系統(tǒng)的各段宜徑。實線代表變形前的系統(tǒng)，是通過對活塞與油缸進行實閱而得到的，r表示變形前的半徑；虛線代表在壓力p下發(fā)生變形后的缸塞系統(tǒng)，R表示變形后酌半徑。由于制造公差，直徑變化不可能是一種數(shù)學(xué)上的連續(xù)因數(shù)，因而各段直徑部近似地面成宣線。二、這些直線用線性方程rbt與rzj表示：rbt