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一般壓力表是指以彈簧管為彈性元件敏感元件, 測(cè)量并指示高于環(huán)境壓力的儀表。在工業(yè)過程控制與技術(shù)測(cè)量過程中, 由于機(jī)械式壓力表的彈性敏感元件具有很高的機(jī)械強(qiáng)度以及生產(chǎn)方便等特性, 使得機(jī)械式壓力表得到越來越廣泛的應(yīng)用。精確度等級(jí)等于或低于1.0級(jí)的壓力表、真空表及壓力真空表統(tǒng)稱為一般壓力表。

壓力表基本結(jié)構(gòu)壓力表包括四大部件, 一是彈簧管;二是傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu), 包括扇形齒輪、中心齒輪同指針軸、游絲;三是指示裝置, 包括表盤和指針;四是包裝保護(hù)部件, 包括外殼、玻璃表盤、罩殼。

壓力表工作原理彈簧管遵循虎克定律, 即在彈性極限范圍內(nèi), 其彈性形變與壓力成線性關(guān)系。彈簧管在壓力或真空作用下, 產(chǎn)生彈性形變, 從而引起管端位移, 其位移通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行放大, 傳遞給指針裝置, 再根據(jù)指針在刻有法定計(jì)量單位的分讀盤上顯示出被測(cè)壓力或真空量值。

根據(jù)國(guó)家計(jì)量法的要求, 用于醫(yī)療衛(wèi)生、貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的壓力表應(yīng)實(shí)行強(qiáng)制檢定。用于其它方面的壓力表也應(yīng)依據(jù)檢定規(guī)程定期進(jìn)行量值溯源。

目前, 國(guó)內(nèi)針對(duì)儀表壓力表的檢定及校準(zhǔn)依據(jù)為國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程“JJG 52-2013.彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程”, 規(guī)程上給出了一般壓力表的檢定項(xiàng)目及要求:

示值誤差:對(duì)每一檢定點(diǎn), 在升壓 (或降壓) 和降壓 (或升壓) 檢定時(shí), 輕敲表殼前、后的示值與標(biāo)準(zhǔn)器示值之差均應(yīng)符合表1。

回程誤差:在測(cè)量范圍內(nèi), 回程誤差應(yīng)不大于表1所規(guī)定的允許誤差絕對(duì)值。

輕敲位移:輕敲表殼后, 指針示值變動(dòng)量應(yīng)不大于表1所規(guī)定的允許誤差絕對(duì)值的1/2。

指針偏移平穩(wěn)性:在測(cè)量范圍內(nèi), 指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn), 無跳動(dòng)和卡住現(xiàn)象。

壓力表檢定、校準(zhǔn)的基本方法為采用標(biāo)準(zhǔn)器的示值與被檢壓力表的示值直接比較的方法, 壓力表示值檢定連接示意圖如圖1所示。

目前, 通常采用標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行示值誤差的檢測(cè), 即將一般壓力表和精密壓力表在各檢定點(diǎn)上比較, 逐點(diǎn)讀取儀表指示值。檢驗(yàn)過程中的環(huán)境要求為:溫度 (20±5) ℃;相對(duì)濕度≤85%。

檢定對(duì)象為一只量程為 (0～2.5) MPa、的1.6級(jí)一般壓力表。選用一只0.4級(jí) (0～2.5) MPa精密壓力表作標(biāo)準(zhǔn)。過升壓和降壓循環(huán), 將一般壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)在各校準(zhǔn)點(diǎn)上比較, 逐點(diǎn)讀取標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)指示值。被測(cè)點(diǎn)的誤差由壓力表讀數(shù)和數(shù)字壓力表讀數(shù)之差確定。

被檢表的示值誤差數(shù)學(xué)模型如式1所示:

式中:y——示值誤差;p1——標(biāo)準(zhǔn)壓力表在校準(zhǔn)點(diǎn)示值;p2——被測(cè)壓力表在校準(zhǔn)點(diǎn)示值。

靈敏系數(shù):

分析一般壓力表示值誤差的測(cè)量過程, 其不確定度來源主要包括如下幾個(gè):

1) 被檢壓力表重復(fù)測(cè)量引起的不確定度分量u1

2) 被檢壓力表估讀誤差的不確定度分量u2

3) 精密壓力表的準(zhǔn)確度引起的不確定度分量u3

4) 環(huán)境溫度引起的不確定度分量u4

5) 精密壓力表估讀誤差引起的不確定度分量u5

1) 被檢壓力表重復(fù)測(cè)量引起的不確定度分量u1 (該項(xiàng)來源為A類評(píng)定)

為了獲得重復(fù)性測(cè)量的不確定度, 我們選用一只0.4級(jí) (0～2.5) MPa精密壓力表作標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)一只 (0～2.5) MPa、1.6級(jí)一般壓力表 (分度值為0.05MPa) 的2MPa點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量。測(cè)得xi數(shù)值如表2。

計(jì)算示值的算術(shù)平均值:

用貝塞爾公式求出標(biāo)準(zhǔn)偏差:

測(cè)量結(jié)果取單次讀數(shù), 故標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1=s=0.005MPa, 自由度υ1=n-1=9

2) 被檢壓力表估讀誤差的不確定度分量u2 (該項(xiàng)來源為B類評(píng)定)

按檢定規(guī)程要求, 在實(shí)際測(cè)量時(shí), 壓力表的示值按1/5分度值估讀, 壓力表的分度值為0.05MPa, 其引入的不確定度半?yún)^(qū)間為0.01MPa, 服從均勻分布

不可靠程度估計(jì)為20%, 自由度

3) 精密壓力表的準(zhǔn)確度引起的不確定度分量u3 (該項(xiàng)采用B類評(píng)定)

0.4級(jí) (0～2.5) MPa精密壓力表最大允許誤差為± (0.4%×2.5) =±0.1MPa, 即u3的不確定度區(qū)間的半寬值a=0.01 MPa, 認(rèn)為在區(qū)間內(nèi)誤差分布為均勻分布。

不可靠程度估計(jì)為10%, 故自由度

4) 環(huán)境溫度引起的不確定度分量u4 (該項(xiàng)采用B類評(píng)定)

工作壓力表的檢定溫度為 (20±5) ℃, 而精密壓力表的檢定溫度 (20±2) ℃, 因此在極限溫度進(jìn)行工作壓力表的檢定時(shí), 精密壓力表由此影響所產(chǎn)生的最大誤差為kt (t-20℃) p, 其中彈簧管的溫度系數(shù)kt=0.0004/℃, 滿量程p=2.5 MPa, 認(rèn)為誤差服從均勻分布。

不可靠程度估計(jì)為20%, 故自由度

5) 精密壓力表估讀誤差引起的不確定度分量u5 (該項(xiàng)采用B類評(píng)定)

在實(shí)際測(cè)量時(shí), 精密壓力表的估讀誤差為分度值的1/10, 0.4級(jí) (0～2.5) MPa精密壓力表其估讀誤差為0.002 MPa, 認(rèn)為誤差服從均勻分布。

不可靠程度估計(jì)為20%, 

因以上各項(xiàng)不確定度分量彼此獨(dú)立, 互不相關(guān), 則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度

置信概率95%, 則當(dāng)υeff=50時(shí), 查t分布臨界值表得k=2.01

因此擴(kuò)展不確定度:U95=0.010×2.01=0.021MPa

用0.4級(jí) (0～2.5MPa) 精密壓力表測(cè)量1.6級(jí) (0～2.5) MPa一般壓力表在2MPa檢定點(diǎn)

擴(kuò)展不確定度:U95=0.021MPa k=2.01。

在一般壓力表的檢定過程中, 可能會(huì)出現(xiàn)各種類型儀表故障, 有些是可以在檢驗(yàn)過程中進(jìn)行維修和處理的。常見故障及維修方法總結(jié)如表3所示。

在工藝現(xiàn)場(chǎng)壓力表的安裝、使用及維護(hù)情況同樣是保障其精度的重要條件, 表4給出了一般壓力的安裝、使用、維護(hù)要求及注意事項(xiàng)。

本文重點(diǎn)給出了一般壓力表示值誤差測(cè)量不確定度的評(píng)定方法, 并介紹了一般壓力表的檢驗(yàn)要求及常見故障的解決發(fā)法, 希望可以對(duì)一般壓力表的量值溯源過程起到一定的指導(dǎo)作用。