一般压力表是指以弹簧管为弹性元件敏感元件, 测量并指示高于环境压力的仪表。在工业过程控制与技术测量过程中, 由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性, 使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。精确度等级等于或低于1.0级的压力表、真空表及压力真空表统称为一般压力表。

压力表基本结构压力表包括四大部件, 一是弹簧管;二是传动放大机构, 包括扇形齿轮、中心齿轮同指针轴、游丝;三是指示装置, 包括表盘和指针;四是包装保护部件, 包括外壳、玻璃表盘、罩壳。

压力表工作原理弹簧管遵循虎克定律, 即在弹性极限范围内, 其弹性形变与压力成线性关系。弹簧管在压力或真空作用下, 产生弹性形变, 从而引起管端位移, 其位移通过机械传动机构进行放大, 传递给指针装置, 再根据指针在刻有法定计量单位的分读盘上显示出被测压力或真空量值。

根据国家计量法的要求, 用于医疗卫生、贸易结算、安全防护和环境监测的压力表应实行强制检定。用于其它方面的压力表也应依据检定规程定期进行量值溯源。

目前, 国内针对仪表压力表的检定及校准依据为国家计量检定规程“JJG 52-2013.弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程”, 规程上给出了一般压力表的检定项目及要求:

示值误差:对每一检定点, 在升压 (或降压) 和降压 (或升压) 检定时, 轻敲表壳前、后的示值与标准器示值之差均应符合表1。

回程误差:在测量范围内, 回程误差应不大于表1所规定的允许误差绝对值。

轻敲位移:轻敲表壳后, 指针示值变动量应不大于表1所规定的允许误差绝对值的1/2。

指针偏移平稳性:在测量范围内, 指针偏转应平稳, 无跳动和卡住现象。

压力表检定、校准的基本方法为采用标准器的示值与被检压力表的示值直接比较的方法, 压力表示值检定连接示意图如图1所示。

目前, 通常采用标准表法进行示值误差的检测, 即将一般压力表和精密压力表在各检定点上比较, 逐点读取仪表指示值。检验过程中的环境要求为:温度 (20±5) ℃;相对湿度≤85%。

检定对象为一只量程为 (0～2.5) MPa、的1.6级一般压力表。选用一只0.4级 (0～2.5) MPa精密压力表作标准。过升压和降压循环, 将一般压力表和标准压力计在各校准点上比较, 逐点读取标准压力计指示值。被测点的误差由压力表读数和数字压力表读数之差确定。

被检表的示值误差数学模型如式1所示:

式中:y——示值误差;p1——标准压力表在校准点示值;p2——被测压力表在校准点示值。

灵敏系数:

分析一般压力表示值误差的测量过程, 其不确定度来源主要包括如下几个:

1) 被检压力表重复测量引起的不确定度分量u1

2) 被检压力表估读误差的不确定度分量u2

3) 精密压力表的准确度引起的不确定度分量u3

4) 环境温度引起的不确定度分量u4

5) 精密压力表估读误差引起的不确定度分量u5

1) 被检压力表重复测量引起的不确定度分量u1 (该项来源为A类评定)

为了获得重复性测量的不确定度, 我们选用一只0.4级 (0～2.5) MPa精密压力表作标准, 对一只 (0～2.5) MPa、1.6级一般压力表 (分度值为0.05MPa) 的2MPa点进行10次重复测量。测得xi数值如表2。

计算示值的算术平均值:

用贝塞尔公式求出标准偏差:

测量结果取单次读数, 故标准不确定度u1=s=0.005MPa, 自由度υ1=n-1=9

2) 被检压力表估读误差的不确定度分量u2 (该项来源为B类评定)

按检定规程要求, 在实际测量时, 压力表的示值按1/5分度值估读, 压力表的分度值为0.05MPa, 其引入的不确定度半区间为0.01MPa, 服从均匀分布

不可靠程度估计为20%, 自由度

3) 精密压力表的准确度引起的不确定度分量u3 (该项采用B类评定)

0.4级 (0～2.5) MPa精密压力表最大允许误差为± (0.4%×2.5) =±0.1MPa, 即u3的不确定度区间的半宽值a=0.01 MPa, 认为在区间内误差分布为均匀分布。

不可靠程度估计为10%, 故自由度

4) 环境温度引起的不确定度分量u4 (该项采用B类评定)

工作压力表的检定温度为 (20±5) ℃, 而精密压力表的检定温度 (20±2) ℃, 因此在极限温度进行工作压力表的检定时, 精密压力表由此影响所产生的最大误差为kt (t-20℃) p, 其中弹簧管的温度系数kt=0.0004/℃, 满量程p=2.5 MPa, 认为误差服从均匀分布。

不可靠程度估计为20%, 故自由度

5) 精密压力表估读误差引起的不确定度分量u5 (该项采用B类评定)

在实际测量时, 精密压力表的估读误差为分度值的1/10, 0.4级 (0～2.5) MPa精密压力表其估读误差为0.002 MPa, 认为误差服从均匀分布。

不可靠程度估计为20%, 

因以上各项不确定度分量彼此独立, 互不相关, 则合成标准不确定度为:

合成标准不确定度的有效自由度

置信概率95%, 则当υeff=50时, 查t分布临界值表得k=2.01

因此扩展不确定度:U95=0.010×2.01=0.021MPa

用0.4级 (0～2.5MPa) 精密压力表测量1.6级 (0～2.5) MPa一般压力表在2MPa检定点

扩展不确定度:U95=0.021MPa k=2.01。

在一般压力表的检定过程中, 可能会出现各种类型仪表故障, 有些是可以在检验过程中进行维修和处理的。常见故障及维修方法总结如表3所示。

在工艺现场压力表的安装、使用及维护情况同样是保障其精度的重要条件, 表4给出了一般压力的安装、使用、维护要求及注意事项。

本文重点给出了一般压力表示值误差测量不确定度的评定方法, 并介绍了一般压力表的检验要求及常见故障的解决发法, 希望可以对一般压力表的量值溯源过程起到一定的指导作用。