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一种力平衡气体活塞压力计原理及实验验证 李建英，贺晓雷，于贺军 （中国气象局气象探测中心，北京 100081） 摘 要：本文介绍了一种新型微小表压和绝压测量的力平衡式气体活塞压力计的工作原理、压力复现的计算公式 以及不确定度等，并在表压状态下,通过与标准比对的方式，对该气体活塞压力计的原理及宣称的不确定度进行 了实验验证，实验结果证明了厂商给出不确定度指标的正确性。 关键词：FPG 气体活塞压力计；工作原理；测量压力计算；实验验证 The Principle and Verification of A Force Balanced Piston Pressure Gauge Li Jianying, He Xiaolei, Yu Hejun (Meteorological Observation Center ，China Meteorological Administration，Beijing 100081) Abstract: The uncertainty analysis of the FPG8601 gas piston pressure gauge is taken in the gauge mode in this paper. The obtained result of the FPG8601 gas piston pressure gauge uncertainty is 30ppm. Based on the FPG8601 gas piston pressure gauge uncertainty analysis, test had been taken for verifying the uncertainty result of FPG8601 with comparison method to primary standard, the analysis result is confirmed by the test. Key Words: FPG8601 gas piston pressure gauge, Operation principle, pressure Calculation, Verification test. 1 引言 FPG8601 气体活塞压力计（以下简称 FPG ）是国家气象计量站于2008 年从美国 DHI 公司引进，其测 量范围从 10Pa~ 15kPa，不确定度为 30ppm(k=2)，将其作为微小压力测量的压力标准器。FPG 的原理是利 用精密的质量比较仪来测量由于活塞两端的差压而产生的力，该活塞在工作时是静止状态，不旋转。常规 活塞压力计压力下限只能到 5kPa 左右，液体压力计可以覆盖这一微小压力段但是随着液柱的降低，压力 不确定度急剧增加。FPG 解决了现有大气压力标准器在测量范围下限测量不可靠的问题，实现了长期以来 探空仪大气压力量值无法溯源的问题。 在 FPG 引进的过程中，验证生产厂家的不确定度指标是一项非常重要的工作。因为许多用户都将不确 定度指标作为衡量仪器计量性能的最重要指标之一。因此，有必要对 FPG 的不确定度指标进行验证。验证 主要通过与 PG7607 标准比对的方式进行。对于活塞压力计来讲，表压工作模式可以消除真空测量误差的 影响，因此，对于 FPG 的实验验证也是在表压模式下完成。 2 FPG 工作原理[1] FPG 压力测量原理主要是活塞压力计原理。然而，作用于活塞上的压力产生的力是由一个力平衡称重 传感器来测得，而不是质量乘以重力加速度。正式由于这个原因，FPG 才称之为力平衡式活塞压力计。FPG 原理图见图 1。 FPG 活塞系统的独特之处在于活塞是直的，活塞筒却不是，它的直径从活塞筒的中部逐渐变小。活塞 与活塞筒之间的间隙从中间的 6um 到两端不到 1um 的锥形，另外施加一个起到润滑作用的压力可以使气体 从活塞筒的中间位置流过活塞间隙。起到润滑作用的压力加在一个密闭的容积当中，称重仪也在其中。在 活塞筒壁的中间位置有两个相对的孔，气体从上述密闭容积中通过这两个孔流入活塞间隙。连接活塞与称 重传感器