王 鵬

（北京市西城區(qū)計(jì)量檢測所，北京 100055）

1 引言

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)自動化的發(fā)展，壓力測量在各個領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來越廣泛，在實(shí)際工程應(yīng)用中，壓力測量設(shè)備往往受到多種誤差的影響，這些誤差可能源于彈性元件本身的特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)的問題、材料差異、使用環(huán)境等多個因素。因此，進(jìn)行彈性元件式一般壓力表示值誤差分析及調(diào)修方法探討，對于壓力表示值誤差的改善具有一定的實(shí)際意義。

2 彈性元件式壓力表概述

2.1 壓力傳感器元件

彈性元件式壓力表的工作原理基于其內(nèi)部的壓力傳感器元件，這些元件在測量和指示壓力方面扮演著關(guān)鍵角色。壓力傳感器元件通常包括一個彈簧管，這個彈簧管具備高彈性和高敏感度的特點(diǎn)，能夠?qū)ν獠渴┘釉谒厦娴膲毫ψ鞒鲰憫?yīng)。工作時，被測介質(zhì)的壓力會作用在彈簧管上，導(dǎo)致彈性形變發(fā)生。這個彈性形變量與壓力成正比，遵循彈性力學(xué)的基本公式F=KX，其中F代表力，K代表彈性系數(shù)，X代表位移。

一旦被測壓力連接到壓力表后，彈簧管受到壓力和真空的影響，會發(fā)生彈性形變，并將移動到帶有扇形齒輪傳動和指示裝置的位置。此時，連桿會帶動齒輪軸傳動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳動和放大功能。因?yàn)閺椈晒軌毫Ρ砩吓鋫溆兄甘景搴头ǘㄓ?jì)量單位，所以當(dāng)被測介質(zhì)的壓力驅(qū)動齒輪軸上的指針旋轉(zhuǎn)時，指針在壓力表的表盤上指示的數(shù)值就表示了壓力或真空的值。

2.2 壓力表示值的變化規(guī)律

彈性元件式壓力表的示值在實(shí)際使用中受到多種變化規(guī)律的影響，這些規(guī)律決定了壓力表的性能和特點(diǎn)。

首先，連桿和扇形齒輪夾角的變化會顯著影響示值。如果夾角角度較小，指針在壓力表的前半部分刻度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動速度會較快，而在后半部分刻度時，指針的轉(zhuǎn)動速度會減緩。通過調(diào)整夾角的大小，可以改變這種速度變化規(guī)律，使示值更符合特定的需求。其次，自由端位置對示值也具有影響。當(dāng)自由端向右偏移時，前半部分刻度的指針轉(zhuǎn)動速度明顯減緩，而后半部分相反，指針轉(zhuǎn)動速度變快。如果自由端向左移動，情況將相反。對于彈性元件式壓力表，如果出現(xiàn)示值誤差，其中一個可能原因是初始角度太小，限制了自由端位移變化量，需要通過調(diào)整自由端來解決。再次，機(jī)芯的旋轉(zhuǎn)方向也會對示值產(chǎn)生影響。順時針旋轉(zhuǎn)機(jī)芯時，壓力表在前半部分顯示的示值轉(zhuǎn)動速度較慢，進(jìn)入后半部分后轉(zhuǎn)速加快。反之，逆時針旋轉(zhuǎn)機(jī)芯時，前半部分的示值轉(zhuǎn)速較快，后半部分則相反。這種旋轉(zhuǎn)方向?qū)κ局档挠绊懶枰谡{(diào)整和校準(zhǔn)時考慮。最后，連桿移動引起的角度變化也會影響壓力表的示值。通常情況下，指針在表盤上的轉(zhuǎn)動偏移角度與連桿移動角度大致相同。如果夾角角度較大，當(dāng)刻度盤表面的指針發(fā)生偏移時，對應(yīng)夾角也會增加，反之則減小。為確保準(zhǔn)確性，指針轉(zhuǎn)動角度和刻度盤表面的刻度線角度應(yīng)盡量一致，通常最理想的角度是270度。不一致的角度可能導(dǎo)致非線性誤差。

3 彈性元件式壓力表示值誤差的類型及原因分析

3.1 零位超差

零位超差是彈性元件式壓力表中一種常見的示值誤差類型，它指的是壓力表的指針在未受到壓力作用時，沒有完全指向零刻度位置，而出現(xiàn)了一定程度的偏差。這個偏差可能會導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，因?yàn)榧词箾]有壓力施加在壓力表上，它仍然顯示出一定的壓力值。造成零位超差的原因多種多樣，具體分析如下。

首先，彈性元件可能在長時間的使用中失去了一部分彈性，導(dǎo)致其彈性特性發(fā)生變化。這種變化會影響壓力傳感元件的靈敏度和回彈性，進(jìn)而影響到零位的準(zhǔn)確性。同時，如果機(jī)芯間隙過大或存在松動，將會導(dǎo)致壓力表指針在零位時的不穩(wěn)定性，因?yàn)檫@些間隙會影響機(jī)芯的運(yùn)動和指針的位置。其次是齒輪脫離嚙合現(xiàn)象。在彈性元件式壓力表中，齒輪通常用于傳遞壓力信號并驅(qū)動指針的運(yùn)動。如果齒輪在使用中脫離了嚙合，那么壓力表的指針位置將不再準(zhǔn)確，從而引發(fā)零位超差。這種問題可能是由于機(jī)械部件的磨損、損壞或不正確的裝配引起的。最后，中心齒輪在彈性元件式壓力表中扮演著重要的角色，它與其他齒輪的位置關(guān)系會直接影響到零位的準(zhǔn)確性。如果中心齒輪的位置偏離了儀器中心或與其他齒輪的配合不當(dāng)，將導(dǎo)致零位超差。

3.2 非線性誤差

非線性誤差是彈性元件式壓力表中另一種常見的示值誤差類型，它指的是壓力表的示值與實(shí)際壓力之間的關(guān)系不是線性的，即壓力的增加或減少對示值的影響不是恒定的，而是存在一定的非線性變化。非線性誤差的主要原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。

首先，彈性元件材料及工藝差異可能導(dǎo)致非線性誤差。不同壓力表的彈性元件可能由不同的材料制成，或者制造工藝存在差異。這些差異可能導(dǎo)致在不同壓力范圍內(nèi)，彈性元件的彎曲或形變特性不同，從而引發(fā)非線性誤差。其次，齒輪及扇形齒輪嚙合不均勻也是非線性誤差的原因之一。如果齒輪與扇形齒輪之間的嚙合不均勻，將導(dǎo)致在不同壓力下傳遞給指針的力不一致，從而引發(fā)非線性誤差。最后，傳動比的影響也可能導(dǎo)致非線性誤差。傳動比是指指針在壓力范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動速度與壓力的關(guān)系。如果傳動比不均勻或不恰當(dāng)，將導(dǎo)致在不同壓力下指針的運(yùn)動速度不同，進(jìn)而引發(fā)非線性誤差。

3.3 線性誤差

線性誤差是彈性元件式壓力表中的另一種示值誤差類型，它指的是壓力表的示值與實(shí)際壓力之間的關(guān)系不符合線性特性，即壓力表的響應(yīng)不是均勻的，在不同的壓力范圍內(nèi)，示值誤差可能不同。線性誤差通常以百分比或絕對壓力單位表示。主要引起線性誤差的原因包括以下幾點(diǎn)。

首先是彈性元件的非均勻性，彈性元件式壓力表的彈性元件可能不是完全均勻的，這意味著在不同的位置受到的應(yīng)力不同，這種非均勻性可能導(dǎo)致在不同的壓力范圍內(nèi)出現(xiàn)線性誤差。其次是傳感器設(shè)計(jì)問題，壓力傳感器的設(shè)計(jì)可能會導(dǎo)致線性誤差。例如，如果彈性元件與其他傳感器組件的安裝或定位不當(dāng)，就可能影響傳感器的線性響應(yīng)。最后是壓力傳感器的材料特性，如彈性模量和材料的非線性特性，也可能導(dǎo)致線性誤差。這些特性可能在不同壓力下表現(xiàn)出不同的響應(yīng)。

3.4 示值變動量超差

示值變動量超差是彈性元件式壓力表中的一種示值誤差類型，它指的是在讀取壓力表的示值時，當(dāng)施加輕微的外力或震動時，壓力表的指針出現(xiàn)不穩(wěn)定或明顯的波動現(xiàn)象，導(dǎo)致示值的變化超出了預(yù)期范圍。這種變化可能會引起不確定性和不可靠的測量結(jié)果，特別是在需要精確測量的應(yīng)用中。示值變動量超差通常由以下因素引起：

首先，當(dāng)彈性元件式壓力表受到振動或沖擊時，指針可能會出現(xiàn)瞬時的位移，導(dǎo)致示值的變動。摩擦位移也可能由于機(jī)械部件之間的摩擦而引起，特別是在齒輪和扇形齒輪之間。其次是銷軸松鉚引起的問題，是指壓力表內(nèi)部銷軸部件出現(xiàn)松動或鉚接不牢固的情況，可能導(dǎo)致指針的不穩(wěn)定運(yùn)動和示值的變動。再次，齒輪和扇形齒輪之間的嚙合間隙以及皮帶的大小對壓力表的性能也有影響。不均勻的齒輪嚙合間隙可能導(dǎo)致指針在表盤上的運(yùn)動不穩(wěn)定，而皮帶過緊或過松可能導(dǎo)致傳動機(jī)構(gòu)的不均勻運(yùn)動。最后是扇形齒輪與中心齒輪的安裝問題，扇形齒輪與中心齒輪的安裝位置和狀態(tài)對壓力表的性能至關(guān)重要。如果它們安裝不正確或存在問題，可能導(dǎo)致指針的不準(zhǔn)確運(yùn)動和示值的變動。

4 彈性元件式一般壓力表示值誤差的調(diào)整方法

4.1 零位超差的調(diào)整方法

首先，可以對彈簧管本身進(jìn)行調(diào)整。這包括對彈性元件的張力進(jìn)行微調(diào)，以恢復(fù)其彈性特性。這通常需要專業(yè)的工具和技能來確保調(diào)整的準(zhǔn)確性。這個過程需要謹(jǐn)慎進(jìn)行，以避免造成更大的誤差。其次是機(jī)芯間隙調(diào)整，可以檢查和調(diào)整機(jī)芯中的零部件，確保它們之間的間隙處于適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。這可能需要拆卸和重新組裝壓力表的機(jī)芯，因此需要謹(jǐn)慎操作。再次是齒輪嚙合調(diào)整，如果齒輪脫離嚙合是問題的根本原因，可以對齒輪和相關(guān)部件進(jìn)行檢查和調(diào)整。確保齒輪正確嚙合并傳遞信號。這可能需要更換損壞的齒輪或部件。最后是中心齒輪位置調(diào)整，中心齒輪的位置對零位的準(zhǔn)確性至關(guān)重要?？梢詸z查中心齒輪的位置，確保它與其他齒輪的配合正確。如果需要，可以進(jìn)行調(diào)整以保持正確的位置。

4.2 非線性誤差的調(diào)整方法

首先，可以通過選用更合適的彈性元件材料和改進(jìn)的制造工藝來減小非線性誤差的發(fā)生。不同材料的彈性特性會導(dǎo)致不同的非線性誤差，因此選擇合適的材料對于降低誤差至關(guān)重要。同時，制造工藝的精度和質(zhì)量控制也必須得到改進(jìn)，以確保壓力表的各個部件的制造精度達(dá)到要求。其次，非線性誤差的調(diào)整也可以通過改進(jìn)齒輪和扇形齒輪的制造質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。這些齒輪的均勻嚙合非常重要，不均勻的嚙合會導(dǎo)致非線性誤差的增加。再次，調(diào)整傳動比也是減小非線性誤差的有效方法。通過重新設(shè)計(jì)或調(diào)整傳動比，可以使壓力表在不同壓力下的指示更加均勻，減小非線性誤差。這需要精確計(jì)算和調(diào)整，因此需要謹(jǐn)慎處理。最后，定期的維護(hù)和校準(zhǔn)也是調(diào)整非線性誤差的重要手段。這包括清潔、潤滑和檢查齒輪、扇形齒輪和彈性元件的狀態(tài)。通過維護(hù)和校準(zhǔn)，可以確保壓力表的性能在高精度范圍內(nèi)，減小非線性誤差的影響。

4.3 線性誤差的調(diào)整方法

首先，可以通過調(diào)整彈性元件式壓力表的機(jī)芯來實(shí)現(xiàn)線性誤差的調(diào)整。機(jī)芯是壓力表的核心部件，它包括齒輪、扇形齒輪、連桿等元件。通過微調(diào)這些元件的位置和相對關(guān)系，可以改變傳動比，從而調(diào)整線性誤差。這需要仔細(xì)的技術(shù)和精確的操作，通常由專業(yè)技術(shù)人員來完成。其次，使用標(biāo)準(zhǔn)壓力源進(jìn)行校準(zhǔn)是另一種調(diào)整線性誤差的方法。將彈性元件式壓力表連接到已知精度的標(biāo)準(zhǔn)壓力源上，并比較壓力表的示值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異。根據(jù)差異的大小和方向，可以調(diào)整壓力表的傳動比，以減小線性誤差。這種方法需要標(biāo)準(zhǔn)壓力源和專業(yè)的校準(zhǔn)設(shè)備。

4.4 示值變動量超差的調(diào)整方法

首先，仔細(xì)檢查壓力表的內(nèi)部機(jī)械部件是確保其準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵步驟。這些機(jī)械部件，如齒輪、扇形齒輪、銷軸和彈簧，直接影響著壓力表的性能。在進(jìn)行檢查時，需要注意任何松動、損壞或磨損的跡象。松動的部件可能會導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而引發(fā)誤差。如果發(fā)現(xiàn)任何問題，務(wù)必及時采取措施修復(fù)或更換受影響的部件，以確保機(jī)械部件能夠正常運(yùn)行。其次，齒輪和扇形齒輪的嚙合間隙均勻性對于壓力表的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。不均勻的間隙可能導(dǎo)致示值變動，使測量結(jié)果不可信。為了解決這個問題，需要小心地進(jìn)行調(diào)整。檢查齒輪和扇形齒輪之間的間隙，確保它們在整個齒輪的表面上均勻分布。如果存在不均勻的情況，可以使用專業(yè)工具進(jìn)行微小的調(diào)整，以確保它們正確地嚙合在一起，消除了不均勻間隙可能引發(fā)的誤差。再次，校準(zhǔn)彈簧是維護(hù)彈性元件式壓力表精確度的重要步驟。彈簧的彈性和穩(wěn)定性對于確保準(zhǔn)確的壓力測量至關(guān)重要。通常，校準(zhǔn)彈簧需要使用專業(yè)的校準(zhǔn)設(shè)備和知識，因此最好將此任務(wù)委托給經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員。校準(zhǔn)過程涉及將壓力應(yīng)用到壓力表上，然后比較其讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異。根據(jù)差異的大小，可以通過微調(diào)彈簧的張力來校準(zhǔn)壓力表，以確保其準(zhǔn)確性。這一過程需要高度的精確性和專業(yè)知識，以確保彈簧的性能得到最佳的調(diào)整和校準(zhǔn)。最后，為了保持彈性元件式壓力表的準(zhǔn)確性，需要注意防止外部因素對其示值的影響。外部因素，如振動、溫度變化或電磁干擾，都可能導(dǎo)致壓力表的讀數(shù)不穩(wěn)定或不準(zhǔn)確。為了減輕這些影響，可以采取隔離措施來維持穩(wěn)定的工作環(huán)境。例如，將壓力表安裝在穩(wěn)定的支架上以減少振動的傳遞，控制工作環(huán)境的溫度以防止溫度變化對壓力表的影響，以及避免將電磁干擾源放置在附近。通過這些預(yù)防措施，可以確保壓力表在各種工作條件下都能提供準(zhǔn)確的壓力測量結(jié)果，滿足各種應(yīng)用的需求。

5 結(jié)語

綜上所述，彈性元件式壓力表示值誤差的分析及調(diào)修是確保工業(yè)生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵。通過深入研究和了解壓力測量設(shè)備的誤差來源，并采取相應(yīng)的調(diào)修措施，能夠?qū)⒄`差限制在合理的范圍內(nèi)，提高壓力測量的準(zhǔn)確性，為各項(xiàng)生產(chǎn)活動的開展提供精確的壓力數(shù)值，降低生產(chǎn)風(fēng)險。