淺談彈性元件式精密壓力表示值誤差超差原因分析及調(diào)修

武文君

【摘 要】在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)加工過(guò)程中，壓力表多用于對(duì)各種儀器設(shè)備壓力值的測(cè)量。彈性元件式的精密壓力表（以下簡(jiǎn)稱(chēng)精密表）是較為常見(jiàn)的壓力表之一，在日常使用中常會(huì)產(chǎn)生各種問(wèn)題導(dǎo)致示值超差進(jìn)而嚴(yán)重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。為了保證其所提供測(cè)量參數(shù)的準(zhǔn)確性，有效的進(jìn)行量值傳遞，本文歸納總結(jié)了精密表在實(shí)際檢定中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題的成因進(jìn)行分析，并提出解決方法。

【關(guān)鍵詞】精密表；量值傳遞；準(zhǔn)確性；檢定；

一、引言

彈性元件式壓力表：以彈性敏感元件為感壓元件的測(cè)量壓力的儀表。壓力表按彈性敏感元件不同，可分為：彈簧管式、膜盒式、膜片式和波紋管式等。[1]精密表的彈性敏感元件一般采用彈簧管式，而且以上四種形式的彈性敏感元件的精密表工作原理及檢定方法相同，因此本文以彈簧管式精密表為代表進(jìn)行分析。

精密表主要用于檢定一般壓力表，也可用于液體或氣體壓力和真空的精密測(cè)量。而一般壓力表（以下簡(jiǎn)稱(chēng)一般表）多用于測(cè)量鍋爐、壓力管道和壓力容器等設(shè)備的壓力值。在壓力的量值傳遞過(guò)程中，精密表作為標(biāo)準(zhǔn)器能否將壓力量值準(zhǔn)確可靠的傳遞給一般表，將直接影響工業(yè)、企業(yè)的安全生產(chǎn)。

二、精密表的結(jié)構(gòu)及其工作原理

精密表主要組成部分有：彈簧管、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)以及表殼四部分。

彈簧管：在壓力的作用下，管子的自由端產(chǎn)生位移，在一定范圍內(nèi)，位移量與所測(cè)壓力呈線(xiàn)性關(guān)系。[2]

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：將彈簧管自由端的少量位移通過(guò)中心齒輪、扇形齒輪和游絲等組件進(jìn)行放大，且將直線(xiàn)位移轉(zhuǎn)換為指針角位移。

指示機(jī)構(gòu)：由指針轉(zhuǎn)動(dòng)指示出彈簧管的彈性形變量，并在刻度盤(pán)上讀出壓力值。

表殼（機(jī)座）：能夠保護(hù)和固定表內(nèi)零件。

精密表的工作原理是利用彈性敏感元件（如彈簧管）在壓力作用下產(chǎn)生彈性形變，其形變量的大小與作用的壓力成一定的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大，由指針在分度盤(pán)上指示出被測(cè)的壓力。[3]

三、精密表的示值誤差分析

（一）精密表自身存在的誤差

1.彈性后效導(dǎo)致的示值誤差。在外力作用消失后，彈簧管不能立刻復(fù)原稱(chēng)之為彈性后效。一般用耐壓試驗(yàn)判斷其是否符合要求。采用優(yōu)質(zhì)材料，合適的安全系數(shù)，經(jīng)機(jī)械性能或熱處理等方法來(lái)減小其影響。

2.彈簧管幾何尺寸、加工材料及工藝引起的示值誤差。一般用校刻、定度和調(diào)高使用精度的方法來(lái)改善。

3.機(jī)械摩擦誤差。常通過(guò)輕敲表殼的方法來(lái)消除。

4.表盤(pán)刻度誤差。其與儀表裝配工藝、?？碳爸羔樀陌惭b位置有關(guān)。

（二）人員讀數(shù)誤差

當(dāng)讀取壓力示值時(shí)，讀數(shù)人的視線(xiàn)角度不一致也會(huì)導(dǎo)致示值誤差。精密表的示值是以分度值的十分之一進(jìn)行估讀，讀數(shù)時(shí)視線(xiàn)始終應(yīng)和精密表表盤(pán)垂直，才能最大程度的減少讀數(shù)造成的示值誤差。

（三）環(huán)境誤差

當(dāng)使用環(huán)境溫度超出規(guī)程的要求時(shí)，除去精密表本身允許的基本誤差之外，還有溫度附加誤差。應(yīng)在規(guī)程規(guī)定的溫度環(huán)境下對(duì)精密表進(jìn)行檢定來(lái)減小環(huán)境誤差。

（四）精密表安裝位置引起的誤差

由于安裝位置不同引起液柱差h的誤差。傳壓介質(zhì)為液體時(shí)，應(yīng)使精密表的指針軸與標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)壓點(diǎn)處于同一水平面，來(lái)減小此項(xiàng)誤差。

四、示值誤差檢定中的常見(jiàn)故障分析與修理方法

（一）示值誤差總是增加或減少一個(gè)固定值

產(chǎn)生現(xiàn)象：被檢表隨著壓力的增大誤差也隨著等量的增加或減少

產(chǎn)生原因：由于表盤(pán)指針安放不到位或表盤(pán)松引起的系統(tǒng)誤差。

修理方法：重新起針在除零點(diǎn)外的首個(gè)檢定點(diǎn)重新裝針校值，消除固定值。若偏差量微小，微轉(zhuǎn)表盤(pán)也可解決問(wèn)題。

（二）線(xiàn)性誤差

產(chǎn)生現(xiàn)象：將精密表與其標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行比較，精密表的示值誤差呈現(xiàn)逐點(diǎn)增大或減小的現(xiàn)象，且在接近壓力表測(cè)量上限位置時(shí)出現(xiàn)超差的情況。

產(chǎn)生原因：精密表傳動(dòng)比不正確，扇形齒輪臂長(zhǎng)不合適導(dǎo)致的。

修理方法：如果精密表示值誤差逐漸增大（減?。瑧?yīng)調(diào)節(jié)拉桿與扇形齒輪連接處的螺釘位置，將調(diào)節(jié)螺釘向右下方（左上方）移動(dòng)，來(lái)增加（減?。┥刃锡X輪的下臂長(zhǎng)度，以便縮?。ㄔ黾樱﹤鲃?dòng)比。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試、調(diào)整，最終將其固定在最佳位置。

（三）非線(xiàn)性誤差

產(chǎn)生現(xiàn)象：在檢定過(guò)程中，精密表的示值誤差與壓力的增大或減少不成比例，而在整個(gè)測(cè)量范圍前半部呈現(xiàn)出正誤差（負(fù)誤差），其后半部呈現(xiàn)負(fù)誤差（正誤差），以至超過(guò)允許的基本誤差。

產(chǎn)生原因：這是因?yàn)橹行凝X輪和扇形齒輪之間的初始嚙合位置安裝不當(dāng)，導(dǎo)致扇形齒輪與拉桿間的夾角偏大或偏小，常會(huì)出現(xiàn)這種失調(diào)現(xiàn)象。

修理方法：調(diào)整這種類(lèi)型的超差，如果單靠調(diào)整力臂長(zhǎng)是無(wú)法解決問(wèn)題的，只有改變中心齒輪和扇形齒輪的初始嚙合位置這個(gè)問(wèn)題才能得到解決。必要時(shí)，還需要改變拉桿的長(zhǎng)度。

當(dāng)精密表的示值呈現(xiàn)出前快后慢（前慢后快）的超差現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)該將下夾板的固定螺釘松開(kāi)，按順時(shí)針（逆時(shí)針）方向調(diào)整齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)角的大小應(yīng)視示值誤差的大小而確定），然后將固定螺釘鎖緊。在調(diào)整完初始夾角后，再測(cè)定示值誤差。當(dāng)加壓到二分之一測(cè)量上限時(shí)，夾角基本為直角，這時(shí)的誤差一般成線(xiàn)性狀態(tài)，然后再次調(diào)整扇形齒輪的下臂長(zhǎng)度，必要時(shí)，也可以改變管子自由端與拉桿的固定位置來(lái)加大夾角（減小夾角）。反復(fù)調(diào)試，最終選擇最佳處將其固定。

（四）示值在全量程的一半附近超差

產(chǎn)生現(xiàn)象：在檢定過(guò)程中，只有在滿(mǎn)量程壓力值一半附近位置時(shí)超差，其他檢定點(diǎn)均處在最大允許范圍之內(nèi)。

產(chǎn)生原因：扇形齒輪與拉桿之間的角度不合適，往往會(huì)引起這種現(xiàn)象。

修理方法：將精密表升壓，在超差的位置重裝指針。若不能消除該誤差，則調(diào)整拉桿和扇形齒輪之間的夾角，當(dāng)超差位置左邊的檢定點(diǎn)示值均為正差值（負(fù)差值），右邊點(diǎn)均為負(fù)差值（正差值），應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)芯，加大（減小）夾角；若超差點(diǎn)及左右檢定點(diǎn)均為正差值（負(fù)差值），應(yīng)將調(diào)節(jié)螺釘向右下角（左上角）移動(dòng)。綜合調(diào)整至指示到最佳狀態(tài)。

（五）僅某一兩個(gè)檢定點(diǎn)超差

產(chǎn)生現(xiàn)象：在整個(gè)檢定過(guò)程中，只有一個(gè)或兩個(gè)檢定點(diǎn)存在超差現(xiàn)象，其他檢定點(diǎn)均處在最大允許誤差范圍之內(nèi)。

產(chǎn)生原因：由于中心齒輪與扇形齒輪兩個(gè)齒輪的某個(gè)嚙合位置存在污垢、毛刺，或齒輪某個(gè)齒上有凹凸磨損或損傷。

修理方法：此時(shí)，應(yīng)檢查機(jī)芯在此點(diǎn)位置附近的配合情況。當(dāng)出現(xiàn)正超差時(shí)，說(shuō)明齒輪嚙合處有凸點(diǎn)，需清理齒輪處污垢或毛刺，如出現(xiàn)負(fù)超差時(shí)，說(shuō)明齒輪嚙合處有凹點(diǎn)，需更換齒輪。

（六）示值一半超差，一半不超差

產(chǎn)生現(xiàn)象：示值前半部分不超差，后半部分超差，且與壓力成比例增加

產(chǎn)生原因：由于拉桿與扇形齒輪軸線(xiàn)不垂直導(dǎo)致的。

修理方法：示值前半部分不超差，后半部分超差，且與壓力成比例增加，是拉桿與扇形輪軸線(xiàn)的夾角大于90°；相反，當(dāng)夾角小于90°時(shí)，則前半部就誤差而言符號(hào)為負(fù)，數(shù)值逐漸減小。此時(shí)應(yīng)調(diào)拉桿與扇形輪軸線(xiàn)基本上呈90°位置。[4]

（七）調(diào)節(jié)螺釘調(diào)至極限，仍然超差

產(chǎn)生現(xiàn)象：當(dāng)調(diào)整螺釘已移到最末端，誤差仍然超差。

產(chǎn)生原因：可能是表盤(pán)或者機(jī)芯裝錯(cuò)、彈性敏感元件變形、拉桿長(zhǎng)度制造不合理。

修理方法：應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和更換，隨后將儀表完整地裝好，按檢定規(guī)程中的規(guī)定進(jìn)行檢定。

五、結(jié)論

以上是我在精密表檢定和修理中積累的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，精密表示值誤差出現(xiàn)的問(wèn)題是多方面的，但只要我們能夠認(rèn)真觀(guān)察，不斷總結(jié)，掌握故障的處理技巧，就會(huì)使我們使用精密表所得數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，在提高工作效率的同時(shí)也能為壓力量值傳遞提供更為可信的數(shù)據(jù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1] JJG 52-2013 彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表[S]

[2] 陳興.力學(xué)計(jì)量（第二版）.[M]北京：中國(guó)計(jì)量出版社.2006.6

[3] JJG 49-2013 彈性元件式精密壓力表和真空表[S]

[4] 許第昌.壓力計(jì)量測(cè)試.[M]北京：中國(guó)計(jì)量出版社.1998