淺談彈性元件式精密壓力表示值誤差超差原因分析及調修

武文君

【摘 要】在現代工業生產加工過程中，壓力表多用于對各種儀器設備壓力值的測量。彈性元件式的精密壓力表（以下簡稱精密表）是較為常見的壓力表之一，在日常使用中常會產生各種問題導致示值超差進而嚴重影響企業的安全生產和經濟效益。為了保證其所提供測量參數的準確性，有效的進行量值傳遞，本文歸納總結了精密表在實際檢定中出現的常見問題，對問題的成因進行分析，并提出解決方法。

【關鍵詞】精密表；量值傳遞；準確性；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量。而一般壓力表（以下簡稱一般表）多用于測量鍋爐、壓力管道和壓力容器等設備的壓力值。在壓力的量值傳遞過程中，精密表作為標準器能否將壓力量值準確可靠的傳遞給一般表，將直接影響工業、企業的安全生產。

二、精密表的結構及其工作原理

精密表主要組成部分有：彈簧管、傳動機構、指示機構以及表殼四部分。

彈簧管：在壓力的作用下，管子的自由端產生位移，在一定范圍內，位移量與所測壓力呈線性關系。[2]

傳動機構：將彈簧管自由端的少量位移通過中心齒輪、扇形齒輪和游絲等組件進行放大，且將直線位移轉換為指針角位移。

指示機構：由指針轉動指示出彈簧管的彈性形變量，并在刻度盤上讀出壓力值。

表殼（機座）：能夠保護和固定表內零件。

精密表的工作原理是利用彈性敏感元件（如彈簧管）在壓力作用下產生彈性形變，其形變量的大小與作用的壓力成一定的線性關系，通過傳動機構放大，由指針在分度盤上指示出被測的壓力。[3]

三、精密表的示值誤差分析

（一）精密表自身存在的誤差

1.彈性后效導致的示值誤差。在外力作用消失后，彈簧管不能立刻復原稱之為彈性后效。一般用耐壓試驗判斷其是否符合要求。采用優質材料，合適的安全系數，經機械性能或熱處理等方法來減小其影響。

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、定度和調高使用精度的方法來改善。

3.機械摩擦誤差。常通過輕敲表殼的方法來消除。

4.表盤刻度誤差。其與儀表裝配工藝、校刻及指針的安裝位置有關。

（二）人員讀數誤差

當讀取壓力示值時，讀數人的視線角度不一致也會導致示值誤差。精密表的示值是以分度值的十分之一進行估讀，讀數時視線始終應和精密表表盤垂直，才能最大程度的減少讀數造成的示值誤差。

（三）環境誤差

當使用環境溫度超出規程的要求時，除去精密表本身允許的基本誤差之外，還有溫度附加誤差。應在規程規定的溫度環境下對精密表進行檢定來減小環境誤差。

（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。傳壓介質為液體時，應使精密表的指針軸與標準器測壓點處于同一水平面，來減小此項誤差。

四、示值誤差檢定中的常見故障分析與修理方法

（一）示值誤差總是增加或減少一個固定值

產生現象：被檢表隨著壓力的增大誤差也隨著等量的增加或減少

產生原因：由于表盤指針安放不到位或表盤松引起的系統誤差。

修理方法：重新起針在除零點外的首個檢定點重新裝針校值，消除固定值。若偏差量微小，微轉表盤也可解決問題。

（二）線性誤差

產生現象：將精密表與其標準器進行比較，精密表的示值誤差呈現逐點增大或減小的現象，且在接近壓力表測量上限位置時出現超差的情況。

產生原因：精密表傳動比不正確，扇形齒輪臂長不合適導致的。

修理方法：如果精密表示值誤差逐漸增大（減小），應調節拉桿與扇形齒輪連接處的螺釘位置，將調節螺釘向右下方（左上方）移動，來增加（減小）扇形齒輪的下臂長度，以便縮小（增加）傳動比。經過反復測試、調整，最終將其固定在最佳位置。

（三）非線性誤差

產生現象：在檢定過程中，精密表的示值誤差與壓力的增大或減少不成比例，而在整個測量范圍前半部呈現出正誤差（負誤差），其后半部呈現負誤差（正誤差），以至超過允許的基本誤差。

產生原因：這是因為中心齒輪和扇形齒輪之間的初始嚙合位置安裝不當，導致扇形齒輪與拉桿間的夾角偏大或偏小，常會出現這種失調現象。

修理方法：調整這種類型的超差，如果單靠調整力臂長是無法解決問題的，只有改變中心齒輪和扇形齒輪的初始嚙合位置這個問題才能得到解決。必要時，還需要改變拉桿的長度。

當精密表的示值呈現出前快后慢（前慢后快）的超差現象時，應該將下夾板的固定螺釘松開，按順時針（逆時針）方向調整齒輪傳動機構（轉角的大小應視示值誤差的大小而確定），然后將固定螺釘鎖緊。在調整完初始夾角后，再測定示值誤差。當加壓到二分之一測量上限時，夾角基本為直角，這時的誤差一般成線性狀態，然后再次調整扇形齒輪的下臂長度，必要時，也可以改變管子自由端與拉桿的固定位置來加大夾角（減小夾角）。反復調試，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

產生現象：在檢定過程中，只有在滿量程壓力值一半附近位置時超差，其他檢定點均處在最大允許范圍之內。

產生原因：扇形齒輪與拉桿之間的角度不合適，往往會引起這種現象。

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，則調整拉桿和扇形齒輪之間的夾角，當超差位置左邊的檢定點示值均為正差值（負差值），右邊點均為負差值（正差值），應轉動機芯，加大（減小）夾角；若超差點及左右檢定點均為正差值（負差值），應將調節螺釘向右下角（左上角）移動。綜合調整至指示到最佳狀態。

（五）僅某一兩個檢定點超差

產生現象：在整個檢定過程中，只有一個或兩個檢定點存在超差現象，其他檢定點均處在最大允許誤差范圍之內。

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

修理方法：此時，應檢查機芯在此點位置附近的配合情況。當出現正超差時，說明齒輪嚙合處有凸點，需清理齒輪處污垢或毛刺，如出現負超差時，說明齒輪嚙合處有凹點，需更換齒輪。

（六）示值一半超差，一半不超差

產生現象：示值前半部分不超差，后半部分超差，且與壓力成比例增加

產生原因：由于拉桿與扇形齒輪軸線不垂直導致的。

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的夾角大于90°；相反，當夾角小于90°時，則前半部就誤差而言符號為負，數值逐漸減小。此時應調拉桿與扇形輪軸線基本上呈90°位置。[4]

（七）調節螺釘調至極限，仍然超差

產生現象：當調整螺釘已移到最末端，誤差仍然超差。

產生原因：可能是表盤或者機芯裝錯、彈性敏感元件變形、拉桿長度制造不合理。

修理方法：應當進行適當的調整和更換，隨后將儀表完整地裝好，按檢定規程中的規定進行檢定。

五、結論

以上是我在精密表檢定和修理中積累的一點經驗，精密表示值誤差出現的問題是多方面的，但只要我們能夠認真觀察，不斷總結，掌握故障的處理技巧，就會使我們使用精密表所得數據更加的準確，在提高工作效率的同時也能為壓力量值傳遞提供更為可信的數據支持。

【參考文獻】

[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.力學計量（第二版）.[M]北京：中國計量出版社.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.壓力計量測試.[M]北京：中國計量出版社.1998