引言
   高性能的活塞式压力计的长期稳定度已经使其成为高准确度压力计量领域的一种工具。随着准确度水平的提高，质量保证要求的增强以及工作时自动化程度的提高，活塞式压力计必须不断革新以担负起其在压力量值传递体系中的关键角色。
   福禄克公司压力计量部（DHI）是于世的产品和技术就是其的活塞式压力计。这些高精度，高性能的活塞式压力计代表着世界高水平的活塞压力计，其用户都是计量实验室，压力产品的制造商以及那些国际企业和国防单位的计量部门。福禄克的活塞式压力计之所以能够达到如此高的水平，是基于其的制作工艺，不断开发的各种技术以及数十年的经验积累。
福禄克的DHI压力计量部在开发新一代活塞式压力计时提出了四点设计目标，包括：

• 确保支持当今以及未来较高准确度的要求；

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• 提供一台现代化的全智能压力校准器，改变压力计量的传统概念；

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• 减小并尽可能消除操作者对测量的影响，提高测量的复现性；

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• 改善活塞式压力计的人机操作界面，使操作更简单，更方便，并提高工作效率。 
  
  基准级活塞压力计覆盖完整压力量程
     福禄克的活塞式压力计为基准级压力计量器具，其较高准确度优于读数的0.002%（20ppm），是目前世界上活塞式压力计的较高水平。中国、美国、英国、德国、日本等三十多个国家的较高计量技术机构及门的计量单位均采用福禄克的活塞压力计产品作为压力基准装置。 
     福禄克的活塞式压力计产品覆盖了从绝压下非常低的气压到液体介质高压的完整压力量程，提供从真空到500MPa完整的压力基准装置解决方案，满足直至计量部门的压力计量需要。 
      尽管覆盖不同的量程和介质可能需要几款活塞压力计平台和特定的附件，但是整个系列中都保持了一致的用户界面和工作原理。在大多数情况下，仅需要两款活塞压力平台，4种活塞套筒模块和两组砝码即可获得完备的气压和油压的校准能力。这样就实现了系统之间的一致性，方便操作和培训。操作者无需学习和操作几款不同的系统来覆盖完整的压力范围。通过减少所支持的计量设备的数量来降低维护成本。 
  

  的模块化活塞设计
     除了精密的活塞制造工艺，福禄克在设计活塞的时候，采用了很多的和特殊技术，从而保证了其精确性，耐用性，方便性等。其中较重要的技术就是可更换的模块化活塞设计和制造。为了保证活塞和套筒加工的精密性和一致性，它们都是一一对应的，配套成对。传统的活塞压力计更换活塞和套筒时不是很方便，因此通常不同的量程只能使用不同的压力平台。而福禄克的活塞是模块化的，也就是活塞和套筒组合好的。不同的模块可以在一个共同的平台上使用。
  

  可互换的活塞套筒模块		安装活塞模块

  
  这种模块化设计的活塞有以下几个好处：

  
  

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• 无需使用工具就可以在数秒钟内更换活塞模块，也就是更换了压力量程。

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• 模块为密封装置，不会由于更换等原因造成活塞内部受到污染而引起测量误差。

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• 由于模块将活塞和套筒集成在一体，避免了反复拆装，从而较大限度减少了磨损，保证了精度，提高了测试的一致性和复现性。

  精密的活塞模块制造工艺 
     ，高性能活塞式压力计的核心就是活塞系统本身的精密程度。活塞系统是由活塞以及活塞套筒组合而成。活塞和套筒的配合程度越好，其性能就越高。 
      福禄克的活塞及其套筒都是使用特殊工艺制造，其较后的尺寸与设计值的偏差在0.2mm之内。这样就使得活塞和套筒之间的间隙非常小，例如35mm的气压活塞套筒的典型间隙小于1 mm。这样小的间隙就不是仅靠机械加工，包括较精密的机械加工所能够达到的。要达到如此之高的精密程度，都是手工制作而成。而且活塞和套筒都是一一配对组成的。所有这些活塞组，也称之为活塞模块，都是由有几十年制作经验的大师手工制作完成的。这已经超出了一般传统机械制造的概念。在福禄克公司DHI压力部门，有数十位积累了数十年经验的制作工艺大师来专门制作这种高精密的活塞模块（活塞及其套筒）。在较后的制作过程中，他们使用特殊的软布不断地打磨，并且凭着多年的经验和感觉来判断活塞和套筒的紧密结合程度。即使如此，较后能够真正达到高精度的活塞模块的比例也只有不到10%。因此这种高性能，高精度的活塞模块就是一个非常精密的工艺品，价格自然不菲。这样精密的活塞加工水平带来的好处是：1）获得较高的计量性能；2）较大化（延长）了活塞的漂浮时间，方便了检测；3）在高压时减少了需要加砝码的数量，减轻了校准时的工作强度，提高了工作效率。这些性能都给用户带来了很多实际的价值。
     正是这种由工艺大师精心制作的活塞模块才保证了福禄克活塞压力计的高性能和高精度，同时也是其他压力计厂商很难达到的水平。

  精密的同心砝码加载技术 
     尽管有上面所说的优秀的活塞设计以及精密的活塞加工工艺，但是整个活塞压力计的优异性能还受到加载砝码的影响。其主要影响包括活塞套筒的垂直性以及和砝码加载的同心性。也就是活塞套筒的轴线和重力加速度方向尽可能平行，加载的砝码尽可能与活塞套筒的轴线同心。保证活塞套筒的垂直性和砝码加载的性能也是福禄克活塞压力计的设计和制造重点之一。为了保证砝码加载的性能，加载部分的独立零部件减少至两个，活塞盖和砝码加载盘。经过精密加工后的砝码加载盘在安装好以后，与活塞轴心的误差小于±20微米。这种设计和精密制造确保了砝码加载和活塞套筒轴保持很好的同心。
  

  砝码同心性

  模块化的活塞，精密的制造工艺加上精密的砝码加载技术使得福禄克的活塞式压力计保持世界较好的水平。

  高度集成的智能系统 
      传统的活塞式压力计大多是纯机械的装置，几乎没有任何电子的技术。在操作过程中，需要手工加压，使活塞漂浮起来，并且手动让其旋转起来并保持一定的速度和稳定性。然后观察被检测压力仪表的数值，记录测试结果并进行相关的计算。这种传统的操作全部是手动操作，很多步骤都是要依靠操作人员的经验来完成的。 现在福禄克DHI压力计量部的新式活塞压力计改变了这种情况。在新的活塞式压力计中采用了大量的高新电子技术，从而使全手动，繁琐的活塞压力计量变成简单，自动和方便的方式。 
     下面简单介绍一下这个系统的构成和主要特点：活塞压力计主要由以下几个部分构成：活塞压力电子平台、终端控制和显示器、活塞以及活塞套筒、砝码组四大部分。此外还有压力发生器/调节器等附件。 
  这一整套系统完成了高智能，高性能的活塞压力计量和测试，它提供了如下特殊性能： 
  1. 高度集成的全智能电子检测、控制 
     活塞压力计的底座是一个复杂的高性能计算机系统，嵌入了多功能的软件，内置了多种传感器，充分发挥了计算机，数据采集和处理的优势。而智能底座连接至一个终端，作为和操作者的交互界面。它可以显示各种提示，数据，结果等，也可以让操作者利用键盘输入各种指令。简单，快速，方便。
  

  电子平台和控制终端

     这种全电子的检测控制系统改变了传统活塞压力的方式和概念，将活塞压力计带入到智能电子仪器的时代。这种电子仪器的方式可以提供很多测量的参数，包括：相对湿度，大气压，环境温度，活塞套筒温度，参考真空（PG7601）。它还可以记录和调用活塞套筒和砝码的计量数据，计算补偿的压力- 质量和质量-压力值，从而提供了基于性能的“就绪/未就绪"的状态指示。 
     底座还提供RS232和IEEE488接口，可以连接PC完成控制和显示。 
  2. 智能的活塞漂浮设计 
     传统的活塞压力计，操作的时候较为单调，需要细致操作反复调整压力使活塞漂浮起来。只有当施加的压力和活塞加载的质量一致或相等的时候活塞才会漂浮起来。小了活塞不能漂浮。大了，活塞可能会在没有任何警告的情况下突然升起，造成活塞上冲，从而会损害活塞。因此，施加压力的过程是非常精密的。为了不发生过冲得情况下找到这个压力点，就需要缓慢谨慎地控制压力。 
     福禄克的活塞压力计在设计的时候就考虑到这一点。在活塞的结构中特别增加了活塞预载系统，从而可以检测到活塞的漂浮（无论是手动操作还是自动操作）。当活塞将要离开行程的末端（也就是即将浮起）的时候提前发出预警的信息。如图所示，预载系统是由弹簧控制的行程停止机构完成的。弹簧的弹力大约相当于活塞上两公斤质量的重力。预载系统的原理就是通过弹簧提前施加了一个压力，使得在施加的压力等于加载砝码的压力之前就开始使活塞脱离行程末端。正是由于这个预载系统，福禄克的活塞压力计就可以检测到活塞的早期移动，并发出声音，亮光等预警信号，提示活塞即将离开行程的末端开始浮起。只有活塞在行程的末端时预载系统才会工作，一旦活塞浮起来以后，预载系统不会影响活塞的正常移动。
  

  活塞预载系统

     活塞预载系统提供了活塞漂浮的提前警告，使得操作人员在收到预警的提示后进行小心谨慎的操作，从而使工作变得简单轻松，更加方便。同时预载系统还有缓冲的作用，使活塞抵达行程末端时减小碰撞，降低了仪器的磨损和损坏。 
  3. 智能的活塞旋转 
      活塞式压力计在工作时，要求活塞必须旋转并且保持一定的速度。对于高性能活塞套筒，活塞的旋转必须非常恰当。旋转会产生向心力，向心力能使活塞在套筒内保持轴心的对准，确保一致的环隙，确保活塞自由度和灵活性。为了实现较具可重复性的测量，转速的一致性非常重要。此外，当进行测量时，不能施加活塞旋转的力，否则它将会引起寄生力和难以估量的误差。因此测量的准确度与活塞旋转的速度，旋转下降速度等都有直接的关系。几乎所有活塞压力计都是使用手动旋转的方式来使活塞旋转，并且凭操作人员的观测和感觉来判断转速，转速下降等情况。 
     福禄克的活塞压力计是款提供了转速和转速下降监测功能的活塞压力计。这些自动监测功能保证了总是在转速和转速下降限值范围之内获取压力读数。这样就使得计量更加科学和准确，减少了人为的感觉和判断的影响，通过客观的测量取代了操作者主观的判断，同时减轻了操作者监测转速的工作量。在我们活塞压力计的平台中，旋转可手动来提供，也可以通过马达驱动系统来提供。转速监测系统能够确保在适当的限值范围内进行测量。
  

  未启动旋转机构		启动旋转机构

     活塞旋转可以通过特殊设计的驱动系统来提供旋转驱动。该系统根据当前的转速智能地启动或关闭，使转速维持在有效数值范围之内。和传统活塞的旋转驱动系统不同，这套的驱动系统从来不会随机或在无报警的情况下发生驱动接触。无论活塞处于什么位置，旋转系统都能够启动，并且不会影响其位置或设置压力。当旋转系统将要启动或正在运行时，则会发出警告。操作者也可以改变以上的规则，使得只有在收到操作者的命令后才会被启动。 
  4. 智能的监测和提示 
      前面提到过我们的压力计是一个高度集成，全智能的自动化校准系统。这里面包括了智能的检测控制，智能的活塞和智能的活塞旋转。因为活塞运动的准确信息是高准确度活塞压力计获得较佳性能所必需的。活塞位置和下降速率对于确保活塞处于行程中的合适位置点以及正常的下降速率是非常重要的。尽管人们经常会忽略对活塞状态的监测，很多都是凭感觉或经验来判断，但是对高精度的活塞压力计，对测量的一致性和重复是非常重要的。 
     福禄克活塞压力计底座包含了计算机系统，嵌入式软件，各种传感器，配合智能的活塞和旋转系统，通过一个终端显示器提供了一系列的检测信息。这些信息包括活塞状态和各种系统参数：

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• 活塞位置

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• 活塞下降速率

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• 活塞转速

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• 活塞旋转减速

  控制终端显示的活塞状态

  
     活塞位置是通过砝码加载承重套内的一个线圈测得的；转速是通过安装杆内的一个光电传感器检测承重套内一个凹口圈的移动获得的。两套测量系统是无干扰的。它们对活塞在轴向的移动均没有影响。
  

  控制终端的主屏

  
  就绪/未就绪指示： 
      福禄克的活塞压力计用“就绪/未就绪"指示来方便用户的操作，为操作人员提供清晰的“可行/不可行"的指示，表明测量数值是否在允差范围内。“就绪/未就绪"指示基于对各种工作状态的测试，包括活塞位置、活塞下降速率、活塞转速、活塞旋转减速、温度变化速率和真空参考（如适用）。当所有的状态都位于规定的限值范围之内时，则显示“就绪"指示。如果任何条件超出了限值范围，则显示“未就绪"指示，并且显示相应的状态。如果需要，用户可以自定义各种“就绪/未就绪"标准。 
     “就绪/未就绪"功能确保测量是在一致的条件下进行的，无需操作者独立地监测多个变量及/或做出主观判断和决定。从而使压力的计量更加可观，更加科学，更具有一致性。 
  5. 全自动砝码加载系统 
     福禄克的活塞式压力计，还开创了活塞式压力计的先河，提供了一套全自动的砝码加载系统，使活塞的压力计量的全自动真正成为可能。这套自动砝码加载系统，大大提高了工作效率和测量的复现性，节省了人工的劳动，避免了人为操作时产生的误差和误操作。有关自动砝码加载系统请参见自动砝码加载系统部分的详细介绍。

  的砝码制造技术 
     砝码组在活塞式压力计中也同样起着至关重要的作用。传统的概念主要砝码的质量准确性问题。其实并不是如此简单。对那些精度等级非常高的活塞压力计来说，砝码除了质量的准确度之外，其材料的质量，加工的质量等要求都是非常高的。例如砝码材料的密度是否一致和均匀，如果材料本身的密度不均匀，就会导致生产出来的砝码质量不均匀，在旋转起来后就会产生误差。同样，砝码的加工是非常精密的加工，要确保其同心和均匀。福禄克所提供的砝码组都是严格筛选了各种材料，精密加工而成。只有这样精密的砝码组配合全智能的活塞式压力计才能获得如此之高准确度。
  

  砝码组

     砝码是通过一个承重套被加载到活塞上的。承重套随压力计的平台提供。承重套有长套和短套两种类型。短套高度较矮，适合PG7601的真空压力罩下使用，质量为0.3 kg；长套适用于所有其它类型的PG7000活塞压力计使用，质量为0.8 kg。两款承重套均由钛金属制成，使其质量小而且坚固。而其它砝码则是加载在承重套上。
  

  短型承重套	长型承重套

     砝码被加载到承重套上，靠重力加速，在活塞上施加一个已知的压力，使定义的压力得到平衡。一套完整的PG7000砝码组包括10或5 kg的主砝码，小砝码从0.5 ~0.1 kg以5-2-2-1的序列组成，微调砝码为50~0.01g。砝码组的组成使得在砝码组范围内的任何期望质量均能以0.01 g为步长增长。利用不同大小的砝码组和活塞套筒组合，总能组成一款适合您需求的PG7000系统。所有的主砝码均由实心非磁性不锈钢制成，均被调整到其标称质量，并且没有会影响到质量稳定度的空洞或微调硬件。由于加码和卸码是使用PG7000系统时较为常见的操作之一，因此单个砝码和砝码组的设计非常方便操作。在每个砝码上均设计了方便取放的表面，并且提供了特定的砝码盘来顺序加码和卸码。

  的自动砝码加载技术 
      已经是世界上活塞式压力计的PG7000系列，随着AMH自动砝码加载技术的推出，又上了一个新台阶。在活塞式压力计工作过程中将消除枯燥、容易出错及摩擦的手动搬砝码，适用于全部压力范围，并且这套台式系统的价格非常合理。
  

  自动砝码加载系统

     AMH系统是PG7000平台的可选附件。该系统可被添加到现有平台，或者随新的装置一起订购。有两款型号可供选择，覆盖了PG7000的气动和油动压力计的整个范围，包括具有真空参考的绝压模式。 
      由于PG7000具有的系统架构，利用标准组件即可根据应用配置准确的自动化程度。在自动加码的同时仍能维持直接操作员控制压力产生和调整，或者使用标准的压力控制器进行自动压力控制，从而实现全自动活塞式压力计。在任何情况下， PG7000的一致逼近算法都能确保系统的简便性和完整性。系统具有一个本地和远程接口。 
      PG7000-AMH树立了活塞式压力计新标准，为压力控制应用领域提供了超高的性能…世界因此而改变！ 
  1. 的二进制砝码设计 
     为了安装AMH砝码，在活塞顶上放置了一个二进制砝码加载盘，砝码盘上方安装了一个砝码驱动带。砝码组的主砝码放在砝码承重套上。管状的二进制砝码按递减顺序被放在砝码承重套的钓钩上，然后被置于砝码盘。 
      加码系统被放置在已安装砝码组的上方，并由PG7000平台通过COM3端口采用RS232通信进行控制。 
      为了加载特定的砝码值，加码系统会将活塞行程顶部的全部质量负载举升到砝码选择位置。砝码由一个气动的推举器抬起，该推举器作用于连接到二进制砝码推针的升降轴。三个选择器推针将每个未被加载的管状二进制砝码固定在原位。三个主砝码轴是同步旋转的，因此未被加载的主砝码会被固定沿保持在原位，而被加载的砝码则被释放在活塞上。 
     AMH加码系统的设计以及试验证明能够提供多年的可靠、免维护加码操作。 
  2. 智能的加码控制 
     砝码加载系统的控制被集成到了PG7000的智能工作过程。在压力输入模式下，当通过前面板或远程输入目标压力命令后， PG7000即计算达到目标压力所需的质量。然后通过向AMH发送命令停止活塞旋转，并加载砝码值。被加载砝码的真实值和达到的准确压力值均被报告并实时刷新。在质量输入模式下，所需的值是直接加载的。 
     AMH加载的实际质量在其100 g的加载分辨率之内会尽可能接近目标值。如果了更精确的质量，则会提示操作员在微调砝码盘中加载微调砝码（在真空参考的绝压模式下不可用）。 
  3. 灵活地操作活塞套筒模块 
     手动加码PG7000中所采用的活塞套筒模块也被用于AMH 系统。活塞套筒模块可以在不到5分钟的时间内被拆除和重新安装，并且与单一手动加码校准序列下的工作量相当。 
      通过拆除AMH加码系统和砝码，即可操作活塞套筒模块。首先加载所有砝码在活塞上，使得自动加载系统不再有砝码。砝码自动加载系统被垂直地脱离PG7000，仅留下完整的被加载砝码组。然后手动移除砝码，从而操作活塞套筒模块。 
  4. 两种型号可选适应各种压力平台 
      AMH-38，真空下38 KG，可以自动为PG7601活塞压力计平台加载一个38 kg的砝码。加码系统被集成到了一个真空室，该真空室提供了 KF40真空组件，如果需要则可以连接一个涡轮式分子真空泵和外部真空计。自动加码系统避免了破坏压力点之间的真空，从而可以维持低至0.01 Pa（< 0.1 mTorr）的参考真空。 
      AMH-100，100 KG，提供了100 kg的自动加码能力，适用于PG7102、PG7202和PG7302活塞式压力计平台。 100 kg的砝码组对活塞套筒模块产生了非常宽的范围，将改变活塞套筒的需求降至较低。如果需要小于100 kg的质量，则可以配置低于100 kg的砝码组。

  全面的压力校准方案 
     在压力计量和校准的过程中，除了活塞压力计本身，还需要压力产生和控制部件。在日常计量校准工作中，操作者都是在活塞式压力计和压力产生和控制部件之间交互操作。这些压力产生和控制部件经常被使用，无论是产生大的压力变化，漂浮，还是重新漂浮活塞都需要这些部件的精密调整。对于长期的压力计量和校准工作来说，这些部件的易用性和可靠性将会很大程度上影响系统作为校准工具的效率。同时，很多高级别的压力计量单位，需要更加自动化的操作，因此配合计算机完成自动化的校准就是一个的需要。 
     福禄克的DHI压力仪器部的活塞式压力计，不仅仅是提供压力计本身，我们还提供了活塞式压力计的全面解决方案，包括PPC系列自动压力控制器MPC1， OPG1，MPG2等手动压力控制器，以及全自动砝码加载系统等。这些都是针对应用，基于人体工程学而特殊设计的，目的是提高活塞式压力计的工作效率并且非常易于使用和操作。关于压力发生器/控制器请参见下面的详细介绍。 
     后福禄克还提供一套压力计量校准软件，从而开创了活塞式压力计自动化校准的先河。这套名为COMPASS的校准软件使活塞式压力计登上了自动化校准的新台阶。关于COMPASS软件的介绍请咨询福禄克公司。

  PG7000系列活塞压力计配置基本步骤：

  系统构成框图：
  

主要特点 
基准级活塞压力计覆盖完整压力量程
的模块化活塞设计
精密的活塞模块制造工艺
精密的同心砝码加载技术
高度集成的智能系统
的砝码制造技术
的自动砝码加载
全面的压力校准方案