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專利名稱：可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計量技術領域，特別涉及一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組。
背景技術：
活塞壓力計是高準確度高穩定性的壓力計量儀器，普遍用來作為國家基準和一、二等計量標準，但在工作壓力升高時，其套筒受內壓作用而內徑有所增大，因而導致活塞與套筒的配合間隙增加，當內壓與砝碼的重力平衡時，由于間隙中不斷流出液體而造成活塞下降速度太快甚至不能達到平衡，盡管現代工業技術已能制造出用碳化鎢材料加工的套筒，但是在壓力超過500MPa時，套筒的變形仍然不可忽視。
如圖1所示，在1953年美國就研發了一種可控間隙的活塞壓力計，其工作原理為在套筒20的外壁再施加一路壓力30使套筒20變形而內徑縮小，使活塞10與套筒20的配合間隙40在高壓下仍然保持較小。
如圖2所示，目前常用的超高壓活塞壓力計產品為Harwood-1400MPa可控間隙活塞壓力計，該壓力計的活塞50與套筒60的配合段自套筒60頂端起約長16mm，而套筒60受均勻的外套壓力70作用時變形最大的區域在離頂端約24mm處，這樣的結構就使得外套壓力70的作用效果較差，當活塞壓力計的平衡壓力80達到1400MPa時，外套壓力70達到1032MPa，對外套缸90的強度要求很高，若要將平衡壓力80提高到1500MPa，外套壓力70就要達到1100MPa，一般雙層過盈配合的外套缸90也滿足不了強度要求。
另外，如圖3所示，在Harwood-1400MPa活塞壓力計中，活塞50的頂端制成60°截頭錐形，與之相配的承壓頭51則做成一個帶圓弧的錐孔，在承壓頭51帶動活塞50轉動時不可避免的有一些晃動，而活塞50的直徑為2.060mm，由碳化鎢材料制成，承受的砝碼載荷為512kg，工作時所有重力都由活塞頂端一個支樞來承受，當砝碼與承壓頭稍有晃動時很容易將活塞折斷。

發明內容
本實用新型的目的在于克服上述現有技術中外套壓力的作用效果較差，活塞容易被折斷的缺陷，提供了一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組，其包括一個套筒、一個設在該套筒內的活塞及一個與該活塞配合的承壓頭，該承壓頭的下端設有一個內沉式圓柱孔，該內沉式圓柱孔內設有一個滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。
其中，該活塞上端設有一個活塞頭，該活塞頭的上部為130°錐面。
其中，該套筒的頂端設有一個下沉段，該活塞頭置于該下沉段內。
本實用新型的積極進步效果在于在均勻分布的外套壓力作用下，套筒的下沉段，使套筒中變形最大處正處于活塞與套筒的配合段之內，這樣在不改變套筒外徑、活塞與套筒的配合段長度等關鍵參數的條件下，降低了外套壓力，并且套筒在外套壓力下把活塞抱得更緊；活塞頂端裝了一個活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，便于加工，能適應輕微的砝碼晃動，即使承壓頭有較大晃動，也不容易把活塞折斷，活塞壓力計的受力情況不變，壓力計的靈敏閾也不會改變。


圖1為常見的可控間隙活塞壓力計工作原理圖。
圖2為Harwood-1400MPa活塞壓力計的活塞與套筒結構示意圖。
圖3為圖2中活塞與承壓頭的局部放大圖。
圖4為本實用新型一較佳實施例活塞與套筒結構示意圖。
圖5為本實用新型配合入壓力計后的整體結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術方案。
如圖4、圖5所示，一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組，其包括一個套筒1、一個設在該套筒1內的活塞2及一個與該活塞2配合的承壓頭3，該承壓頭3的下端設有一個內沉式圓柱孔31，該內沉式圓柱孔31內有一個滾珠4，且該滾珠4置于該活塞2上端。
套筒1的頂端設有一個直徑10mm的下沉段11，盡管配合段長度仍為16mm，套筒1外壁的密封圈5位置不變，在均勻分布的外套壓力6作用下，內孔變形最大的位置仍在兩個密封圈5的中間位置，即距離套筒1頂端24mm處，在套筒1中變形最大處正處于活塞2與套筒1的配合段之內，這樣在同樣的外套壓力6下套筒1將把活塞2抱得更緊一些。
活塞2頂端上套入一個直徑為8mm的活塞頭21，活塞頭21的上部加工成130°錐面，當一粒直徑9mm的滾珠4置于其上時可以使底部和側面同時與活塞頭21接觸，在承壓頭3上加工了一個內沉式圓柱孔31，9mm直徑的滾珠4則埋入圓柱孔31中。這種結構形式可以使承壓頭3在晃動時不會有明顯的側向力施加到活塞2上，不容易把活塞2折斷。
本實用新型在1500MPa可控間隙活塞壓力計上實施，其活塞2的直徑為2.0616mm，長度為50mm，用YG-8碳化鎢制成，活塞頭21的直徑為8mm，高度為11mm，上端的錐度為130°，用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成，套筒1的外徑為26mm，內徑為2.0630mm，與活塞2的配合間隙約為1.4μm，套筒1由40CrNiMo鋼制成，外套缸7的外徑為180mm，內徑為30mm，外套缸7有兩種結構形式，第一種是整體式，由40CrMnSiMoVA鋼制造，材料屈服強度σs1＝166kg/mm2，用最大剪切應力理論計算最大容許內壓Pi1max＝914MPa，第二種為雙層過盈配合式，由40CrNiMo鋼制造，材料屈服強度σs2＝130kg/mm2，用同樣方法計算最大容許內壓Pi2max＝1022MPa。
針對Harwood-1400MPa活塞壓力計的活塞套筒結構，外套缸采用整體式結構，經過大量試驗得出了活塞下降率為每毫米10分鐘時外套壓力Pj10H與平衡壓力PmH之間的關系為Pj10H＝0.68PmH+80(1)式中參數均以MPa為單位，由上式即可算出下列結果PmH1＝1200MPa，Pj10H1＝896MPa；PmH2＝1400MPa，Pj10H2＝1032MPa；PmH3＝1500MPa，Pj10H3＝1100MPa；在實際試驗中當平衡壓力達到1300MPa，外套壓力達到910MPa時，外套缸就發生了開裂性的破壞，與最大剪切應力法計算的結果相近。
實驗證明，采取本實用新型的結構后，外套壓力Pj10s與平衡壓力Pms之間的關系為Pj10s＝0.5249Pms+78.34(2)式中參數均以MPa為單位，當Pms達到1500MPa時Pj10s為865.69MPa，不僅40CrNiMo鋼制造的雙層熱套式外套缸可以承受，而且40CrMnSiMoVA鋼制造的整體式外套缸也可以承受。
由上可見，本實用新型在不改變套筒外徑、活塞與套筒的配合段長度等關鍵參數的條件下，降低了外套壓力，并且套筒在外套壓力下把活塞抱得更緊，活塞頂端裝了一個活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，便于加工，能適應輕微的砝碼晃動，即使承壓頭有較大晃動，也不容易把活塞折斷，活塞壓力計的受力情況不變，壓力計的靈敏閾也不會改變。
權利要求1.一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組，其包括一個套筒、一個設在該套筒內的活塞及一個與該活塞配合的承壓頭，其特征在于，該承壓頭的下端設有一個內沉式圓柱孔，該內沉式圓柱孔內設有一個滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。
2.根據權利要求1所述的低外壓活塞套筒組，其特征在于，該活塞上端設有一個活塞頭，該活塞頭的上部為130°錐面。
3.根據權利要求2所述的低外壓活塞套筒組，其特征在于，該套筒的頂端設有一個下沉段，該活塞頭置于該下沉段內。
專利摘要本實用新型公開了一種可控間隙活塞壓力計用的低外壓活塞套筒組，其包括一個套筒、一個設在該套筒內的活塞及一個與該活塞配合的承壓頭，該承壓頭的下端設有一個內沉式圓柱孔，該內沉式圓柱孔內設有一個滾珠，且該滾珠置于該活塞上端。套筒的下沉段，使套筒中變形最大處正處于活塞與套筒的配合段之內，這樣在外套壓力下套筒將把活塞抱得更緊，并且，活塞頂端裝了一個活塞頭通過一粒滾珠與承壓頭配合，即使承壓頭有較大晃動，也不容易把活塞折斷。
文檔編號G01L19/00GK2898796SQ20062004038
公開日2007年5月9日 申請日期2006年3月22日 優先權日2006年3月22日
發明者顧世杰 申請人:上海市計量測試技術研究院