Грузопоршневые манометры являются материальной основой поверочного дела в области измерений давлений от единиц килопаскалей до гигапаскаля и более. Они являются наиболее изученными и надёжными приборами для воспроизведения давлений с высокой точностью, на их основе построены национальные эталоны единицы давления во всех странах. Эти приборы воспроизводят давления буквально в соответствии с определением как силу(тяжести), действующую по нормали на единицу площади (эффективной площади поршня).
На сегодняшний день грузопоршневой манометр – это не манометр, а мера давления, сотоящая из меры площади – поршневой пары – и меры силы(веса) – специальных грузов. Давление, воспроизводимое грузопоршневым манометром, определяется по формуле
р = 0,99984 Мg/А,
где М – масса поршня с грузами и грузоприёмным устройством,
g – местное ускорение свободного падения,
0,99984 – множитель, учитывающий уменьшение веса поршня и грузов(стальных) в воздухе,
А – эффективная площадь поршневой пары.
Необходимо помнить, что по формуле расчитывается давление, выраженное в паскалях. Если же требуется расчитать воспроизводимое давление в кгс/см2 , необходимо ввечти соответсвующий переводной множитель:
р(кгс/см2) = р(Па)/98066,5.
Поскольку сила, с которой грузы действуют на поршень, пропорциональна ускорению свободного падения, воспроизводимое давление зависит от места применения грузопоршневого манометра, и для точного определения значений воспроизводимых давлений необходимо знать местное ускорение свободного падения.
В качестве штатных рабочих жидкостей применяются трансформаторное и касторовое масла, смеси масел с керосином.
Эффективная площадь поршневой пары грузопоршневого манометра выбирается исходя верхнего предела воспроизводимых давлений и максимальной нагрузки. Нижний предел воспроизводимых давлений грузопоршневых манометров определяется, в основном, возможностью поршня с минимальной нагрузкой вращаться достаточно долго. Для снижения этого предела принципиально возможны три основные направления:
- уменьшение вязкого трения в поршневой паре за счёт применения маловязких жидкостей или газа, укорочения рабочей части поршневой пары,
- увеличение момента инерции грузов (увеличение их диаметра и (или) массы путём увеличения диаметра поршня),
- применение специального привода вращения.
При создании отечественных грузопоршневых манометров использовались первое и третье направления.
Погрешность воспроизведения давления грузопоршневым манометром определяется следующими основными факторами:
- порогом реагирования на изменение нагрузки и стабильностью значения эффективной площади поршневой пары,
- погрешностью определения эффективной площади поршневой пары,
- отклонением реальной массы и грузов от номинальных значений,
- погрешностью измерения высоты столба уравновешивающей жидкости.