浅谈弹性元件式精密压力表示值误差超差原因分析及调修

武文君

【摘 要】在现代工业生产加工过程中，压力表多用于对各种仪器设备压力值的测量。弹性元件式的精密压力表（以下简称精密表）是较为常见的压力表之一，在日常使用中常会产生各种问题导致示值超差进而严重影响企业的安全生产和经济效益。为了保证其所提供测量参数的准确性，有效的进行量值传递，本文归纳总结了精密表在实际检定中出现的常见问题，对问题的成因进行分析，并提出解决方法。

【关键词】精密表；量值传递；准确性；检定；

一、引言

弹性元件式压力表：以弹性敏感元件为感压元件的测量压力的仪表。压力表按弹性敏感元件不同，可分为：弹簧管式、膜盒式、膜片式和波纹管式等。[1]精密表的弹性敏感元件一般采用弹簧管式，而且以上四种形式的弹性敏感元件的精密表工作原理及检定方法相同，因此本文以弹簧管式精密表为代表进行分析。

精密表主要用于检定一般压力表，也可用于液体或气体压力和真空的精密测量。而一般压力表（以下简称一般表）多用于测量锅炉、压力管道和压力容器等设备的压力值。在压力的量值传递过程中，精密表作为标准器能否将压力量值准确可靠的传递给一般表，将直接影响工业、企业的安全生产。

二、精密表的结构及其工作原理

精密表主要组成部分有：弹簧管、传动机构、指示机构以及表壳四部分。

弹簧管：在压力的作用下，管子的自由端产生位移，在一定范围内，位移量与所测压力呈线性关系。[2]

传动机构：将弹簧管自由端的少量位移通过中心齿轮、扇形齿轮和游丝等组件进行放大，且将直线位移转换为指针角位移。

指示机构：由指针转动指示出弹簧管的弹性形变量，并在刻度盘上读出压力值。

表壳（机座）：能够保护和固定表内零件。

精密表的工作原理是利用弹性敏感元件（如弹簧管）在压力作用下产生弹性形变，其形变量的大小与作用的压力成一定的线性关系，通过传动机构放大，由指针在分度盘上指示出被测的压力。[3]

三、精密表的示值误差分析

（一）精密表自身存在的误差

1.弹性后效导致的示值误差。在外力作用消失后，弹簧管不能立刻复原称之为弹性后效。一般用耐压试验判断其是否符合要求。采用优质材料，合适的安全系数，经机械性能或热处理等方法来减小其影响。

2.弹簧管几何尺寸、加工材料及工艺引起的示值误差。一般用校刻、定度和调高使用精度的方法来改善。

3.机械摩擦误差。常通过轻敲表壳的方法来消除。

4.表盘刻度误差。其与仪表装配工艺、校刻及指针的安装位置有关。

（二）人员读数误差

当读取压力示值时，读数人的视线角度不一致也会导致示值误差。精密表的示值是以分度值的十分之一进行估读，读数时视线始终应和精密表表盘垂直，才能最大程度的减少读数造成的示值误差。

（三）环境误差

当使用环境温度超出规程的要求时，除去精密表本身允许的基本误差之外，还有温度附加误差。应在规程规定的温度环境下对精密表进行检定来减小环境误差。

（四）精密表安装位置引起的误差

由于安装位置不同引起液柱差h的误差。传压介质为液体时，应使精密表的指针轴与标准器测压点处于同一水平面，来减小此项误差。

四、示值误差检定中的常见故障分析与修理方法

（一）示值误差总是增加或减少一个固定值

产生现象：被检表随着压力的增大误差也随着等量的增加或减少

产生原因：由于表盘指针安放不到位或表盘松引起的系统误差。

修理方法：重新起针在除零点外的首个检定点重新装针校值，消除固定值。若偏差量微小，微转表盘也可解决问题。

（二）线性误差

产生现象：将精密表与其标准器进行比较，精密表的示值误差呈现逐点增大或减小的现象，且在接近压力表测量上限位置时出现超差的情况。

产生原因：精密表传动比不正确，扇形齿轮臂长不合适导致的。

修理方法：如果精密表示值误差逐渐增大（减小），应调节拉杆与扇形齿轮连接处的螺钉位置，将调节螺钉向右下方（左上方）移动，来增加（减小）扇形齿轮的下臂长度，以便缩小（增加）传动比。经过反复测试、调整，最终将其固定在最佳位置。

（三）非线性误差

产生现象：在检定过程中，精密表的示值误差与压力的增大或减少不成比例，而在整个测量范围前半部呈现出正误差（负误差），其后半部呈现负误差（正误差），以至超过允许的基本误差。

产生原因：这是因为中心齿轮和扇形齿轮之间的初始啮合位置安装不当，导致扇形齿轮与拉杆间的夹角偏大或偏小，常会出现这种失调现象。

修理方法：调整这种类型的超差，如果单靠调整力臂长是无法解决问题的，只有改变中心齿轮和扇形齿轮的初始啮合位置这个问题才能得到解决。必要时，还需要改变拉杆的长度。

当精密表的示值呈现出前快后慢（前慢后快）的超差现象时，应该将下夹板的固定螺钉松开，按顺时针（逆时针）方向调整齿轮传动机构（转角的大小应视示值误差的大小而确定），然后将固定螺钉锁紧。在调整完初始夹角后，再测定示值误差。当加压到二分之一测量上限时，夹角基本为直角，这时的误差一般成线性状态，然后再次调整扇形齿轮的下臂长度，必要时，也可以改变管子自由端与拉杆的固定位置来加大夹角（减小夹角）。反复调试，最终选择最佳处将其固定。

（四）示值在全量程的一半附近超差

产生现象：在检定过程中，只有在满量程压力值一半附近位置时超差，其他检定点均处在最大允许范围之内。

产生原因：扇形齿轮与拉杆之间的角度不合适，往往会引起这种现象。

修理方法：将精密表升压，在超差的位置重装指针。若不能消除该误差，则调整拉杆和扇形齿轮之间的夹角，当超差位置左边的检定点示值均为正差值（负差值），右边点均为负差值（正差值），应转动机芯，加大（减小）夹角；若超差点及左右检定点均为正差值（负差值），应将调节螺钉向右下角（左上角）移动。综合调整至指示到最佳状态。

（五）仅某一两个检定点超差

产生现象：在整个检定过程中，只有一个或两个检定点存在超差现象，其他检定点均处在最大允许误差范围之内。

产生原因：由于中心齿轮与扇形齿轮两个齿轮的某个啮合位置存在污垢、毛刺，或齿轮某个齿上有凹凸磨损或损伤。

修理方法：此时，应检查机芯在此点位置附近的配合情况。当出现正超差时，说明齿轮啮合处有凸点，需清理齿轮处污垢或毛刺，如出现负超差时，说明齿轮啮合处有凹点，需更换齿轮。

（六）示值一半超差，一半不超差

产生现象：示值前半部分不超差，后半部分超差，且与压力成比例增加

产生原因：由于拉杆与扇形齿轮轴线不垂直导致的。

修理方法：示值前半部分不超差，后半部分超差，且与压力成比例增加，是拉杆与扇形轮轴线的夹角大于90°；相反，当夹角小于90°时，则前半部就误差而言符号为负，数值逐渐减小。此时应调拉杆与扇形轮轴线基本上呈90°位置。[4]

（七）调节螺钉调至极限，仍然超差

产生现象：当调整螺钉已移到最末端，误差仍然超差。

产生原因：可能是表盘或者机芯装错、弹性敏感元件变形、拉杆长度制造不合理。

修理方法：应当进行适当的调整和更换，随后将仪表完整地装好，按检定规程中的规定进行检定。

五、结论

以上是我在精密表检定和修理中积累的一点经验，精密表示值误差出现的问题是多方面的，但只要我们能够认真观察，不断总结，掌握故障的处理技巧，就会使我们使用精密表所得数据更加的准确，在提高工作效率的同时也能为压力量值传递提供更为可信的数据支持。

【参考文献】

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

[2] 陈兴.力学计量（第二版）.[M]北京：中国计量出版社.2006.6

[3] JJG 49-2013 弹性元件式精密压力表和真空表[S]

[4] 许第昌.压力计量测试.[M]北京：中国计量出版社.1998