压力表非线性误差分析与调整
压力表的误差主要有线性误差和非线性误差,线性误差相对简单,容易调修。而非线性误差的成因较多,该文着重对引起压力表非线性误差的常见原因进行分析,从而正确、快速地对压力表进行调修。
弹簧管式一般压力表(以下简称压力表)的主要部件有 弹簧管、机芯、示值机构、外壳等。弹簧管是压力表的感压 元件,将压力变换成自由端的位移,机芯是压力表的心脏, 将弹簧管自由端的微小位移量放大,达到易于观察读数的程 度,通过指针在表盘上指示压力值,实现测量压力的目的。
压力表检定时,其误差主要是线性误差和非线性误差两 类,线性误差是机芯的放大比调整不当引起的,通过调整机 芯的放大比很容易就能纠正过来,而非线性误差的成因较多。 因此本文着重对非线性误差的成因加以研究分析。
1.弹簧管引起的非线性误差
弹簧管在比例极限压力值以下的自由端位移与管内压力 的关系为:
S=NP (1)
式中:S——弹簧管自由端位移;
N——特定参数,与弹簧管的材料、形状、壁厚 度有关;
P作用在弹簧管内的被测压力。
分析对象一旦确定,与弹簧管相关的参数N便确定下来, 为常数。即:
S=ocP (2)
弹簧管自由端的位移与弹簧管内的压力值成线性关系, 不存在非线性误差。实际工作中我们发现,弹簧管成形不均 匀,壁厚不均勻,或安装位置偏离使工作时发生擦碰,都会 产生非线性误差,解决办法是更换弹簧管或校正安装位#。_
2.传动机构引起的非线性误差
压力表弹簧管自由端的位移通过连杆传递给机芯’将压 力变化产生的近似直线运动转换为旋转运动(见图1 ),该 传动机构为偏轴曲柄连杆机构。
传动比i是变量,它是随转角a变化的函数(如图2所 示),就是说,当弹賛管自由端F点作等位移移动时,曲柄 的E点并非等转角转动。因此,传动机构存在着非线性的变 化关系。
对特定的传动比曲线,曲柄在某一角度范围内转动时曲柄连杆机构传动比i变化还是有较平缓的一段。在这一角度范围以外部份,曲柄连杆机构传动比i迅速变大,出现明 显非线性误差。为获得压力表表盘的线性刻度,压力表设计 时,就考虑到使曲柄连杆机构在曲线平缓域中工作,选取合 适% (曲柄起始角)值,就可以实现示值的近似线性。
调修时,由于曲柄的起始角%不易观测,通常是用调 整曲柄与连杆的起始角Po的方法,使曲柄连杆机构在平缓域 中工作。
当曲柄连杆的起始角P小于线性起始夹角P。时,曲柄工 作落在平缓域的左侧,左侧的传动比i值明显变大,出现“前 快后慢”的非线性指示误差,反之,将出现“前慢后快”的非线 性误差。实际工作中,把压力表装到校验台上,造压使压力 表示值指针指示在中间值位置,此时,减小和增加相同的压 力值(标准表上示值),观察被检压力表示值的变化,判断 非线性误差是“前快后慢”或“前慢后快”,然后,根据被检压 力表结构的不同,通过改变连杆长度或转动机芯来改变P角, 使P角接近或等于P。,实现非线性误差的调整。
3.刻度盘偏心引起的非线性误差
由于安装或制造误差,使指针回转中心O’与表盘中心0 不相重合(图3),产生一个偏心值e,当指针转动0角时,表 盘上指示的角度为zBOA,两者之差A 0为指针回转中心与 表盘中心产生偏移值e带来的示值误差。
在三角形AOO'B中,由正弦定理可得出:
由此可见,仪表指针回转中心与表盘中心不相重合,产 生的示值误差值随指针转动角度不同而出现不同数值,带来 了示值的非线性误差,调整时,通常是移动表盘或机芯,缩 小偏心值。移动机芯时,不要改变曲柄起始角Oo的值,否则, 将会产生新的非线性误差。
4.结束语
影响压力表计量性能的因素是错综复杂的,难以从理论 上精确推算,本文仅对以上三种压力表非线性误差较为常见 的情况加以分析。第一种情况,由于弹簧管自由端的位移量 微小,不易出现非线性误差,即使出现,常通过调整曲柄连 杆机构,给予综合消除;第三种情况,由于e相对R值很小, 带来的非线性误差值较小,指针轴偏离表盘中心容易发现, 调整相对简单。实际工作中,非线性误差的调整大多数是第 二种情况,也就是调整曲柄连杆起始角po的值。调整时,先 增压到压力表测量上限的一半,如果示值“前快后慢”,则顺 时针方向旋转机芯,或将弹簧管自由端向外移;如果示值“前 慢后快”,则逆时针方向旋转机芯,或将弹簧管自由端向内移, 使夹角P约等于90°,从而使传动比落在平缓域内,示值近 似线性变化。
可见,没有客观剖析压力表误差,引发误差的客观因素 及其成因和影响大小,采用科学手段进行实践和修正,才能 提高压力表误差调整的科学化程度,实现又快又好地使用压 力表。
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