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西华大学技术监督学院

四川省质量技术监督学校

设计

2013 年 3 月 23 日

抽象的：

在科技研究和工业生产过程中，压力是一个非常重要的参数。 它可以决定某些科研成果的高低，也可以决定某些生产过程能否正常进行。 在压力测量和检测技术中，压力仪器仪表种类繁多，应用广泛，其中弹性压力仪表的品种和数量占有相当大的比重。 弹性压力表用于安全保护场合，如锅炉安全压力表； 用于医疗保健，如血压计等，与人们的生命、健康和安全密切相关。 因此，属于我国《计量法》第九条规定的强制检定范围。 压力仪表在国民经济中有着广泛的应用。 在生产安全、医疗卫生、工业生产、农业生产、国防建设、科学研究等方面发挥着安全保障作用。 在研究等方面的作用

关键词：安全保障，国防建设，科研

目录

执行摘要················································ ······························································ ································································ ······················································································ ·························································································· ··············（二）基本结构······························ ································································ ································································ ········································· 步骤及数据处理方法... 章节3、验证过程中的错误及减少或消除错误的方法……·············参考文献·················· ······························································· ···················

································································ ································································ ································································ ································································ ································································ ································································· ···使用5号字体，要自己看改。 最近比较忙，没时间给大家详细说。 按照我给你的布局写目录。 记得写(1)这个，如果只写一个，好像目录很少，布局也不好看。

一、单螺旋弹簧管压力表的结构及原理公式

(一)工作原理

单螺旋弹簧管压力表（简称压力表）的工作原理：弹簧管的自由端在介质压力作用下发生位移，通过拉杆带动传动放大机构，使指针在刻度盘上偏转以指示所测压力值。

我们知道，弹性敏感元件的单圈弹簧管遵循虎克定律，即应力与应变成正比，即敏感元件的弹性变形及其相关运动与被测压力成正比。 但在有限条件下，即在弹性极限范围内变形与压力成正比。

单圈弹簧管式是1847年由法国机械师Bourdain制造的，1849年获得专利后，首先用于测量压力。一百多个

多年来，弹簧管压力表一直是压力测量的重中之重

仪器，这主要是由于其体积小，结构简单，

价格低廉，维护方便，测量范围广

所以。

(2) 基本结构

如图所示，它弯曲成弧形，呈扁圆形

或椭圆形截面的弹簧管1，其一端连接到

底座（结）接9相，另一端为自由端

螺纹塞或密封套密封，并使用拉杆2和风扇

扇形齿轮接3，扇形齿轮为全齿轮传动

该机构的一个组成部分，它与小齿轮（中间

心形齿轮与指针轴啮合）4、指针5固定

在小齿轮的轴上。 为了消除传动机构中活动间隙不固定的影响，在小齿轮的轴上安装了一个能产生反作用力矩的扁平螺旋游丝。 有变圆的趋势，因此管内腔产生应力迫使自由端移动。 这个移动距离（通常称为位移）是通过齿轮传动机构拉杆2的传动而放大的，从而使指针转动并显示在表盘上。 6表示被测介质的压力值。

因此，本压力表的组成部分可归纳为四部分： 1、敏感元件和机座。 包括弹簧管、密封塞、带螺纹接头的支撑件、拉杆、示值可调接头螺钉、固定螺钉等； 2、齿轮传动机构。 包括扇形齿轮、中心小齿轮（含指针轴）、游丝、上夹板、下夹板及夹板螺丝等， 3.显示装置。 包括表盘和指针； 4、保护装置。 包括玻璃盖。 外壳、衬环及固定螺丝等。

(3)敏感元器件特性

由于发条管的好坏对手表的精准度非常重要，特列出以下几点供大家讨论：

1.比例极限与弹性极限

比例极限 以下是低碳钢与应力-应变特性曲线的例子。 材料内的相对变形与应力成比例增加的最大应力称为比例极限。

弹性极限，在一定的应力作用下，材料中的残余变形已达到预定的小值（花纹原始长度的0.002%～0.005%），则这种应力称为弹性极限，用弹性表示。

2、弹性元件的弹性变形

在压力作用下，弹性敏感元件会改变其几何形状和尺寸。 在弹性极限内，变化与压力成正比。 移除压力后，元件可以恢复到原来的尺寸和形状。 这种现象称为弹性变形。

3. 弹性元件的非弹性效应

弹性元件的弹性后效。 是指当施加在弹性元件上的压力取消后，不能立即恢复到原来的形状和尺寸，但经过一定时间后，弹性元件可以恢复到原来的形状和尺寸。 这种现象称为弹性后效。

不同的弹性元件需要不同的恢复时间，有些恢复得非常快，几秒或几分钟。 然而，一些弹性部件需要几个小时，甚至几天几夜才能恢复。 弹性后效是所有弹性元件的一个特性，而且是一个重要的特性。 没有没有弹性后效的组件。

弹性后效也决定了仪表的精度，与比例极限有很大关系。 压力值越结晶，管的比例极限精密压力表检定记录，弹性后效越大，质地好的部件弹性后效小。 因此，为减小弹性后效的影响，最有效的方法是减小元件所受的压力，即规定足够的安全系数。

弹性元件的弹性滞后。 组件在加载和卸载过程中，弹性曲线不重合的现象，或者说在相同的规定工况下，在全测量范围内，输出值的不重合程度同一测点的正负行程之差称为弹性滞后。

显然，在不同负载下，对应的滞后量不同，最大滞后值也不同。 最大滞后值与总位移的百分比表示滞后误差为

其中： - 最大滞后值 [=]

W max——最大载荷下的总位移。

弹性元件的残余变形。当施加的压力解除时，弹性元件不仅不能恢复到原来的形状和尺寸，而且与原来的形状和尺寸不同。

经过一定时间后，逐渐积累。 这种现象称为残余变形。 如果施加的压力超过元件的弹性极限，元件可能会被破坏。

为避免弹性元件过早产生残余变形，一般规定弹性元件的最大压力仅为该比例极限的几分之一，即保留一定的安全系数（也称强度系数）。安全系数K表示为

式中： - 弹性元件材料的比例极限

—最大工作压力

P

最大限度

知道弹性元件的比例极限，就可以选择元件的最大工作压力。 选择安全系数时，还应考虑弹性元件的疲劳特性。 例如，安全系数等于2的弹簧管，在承受15万次变压后，示值改变是不好的。

弹性元件受温度影响。 弹性元件周围环境的温度变化会引起材料弹性模量E的变化。 弹性模量温度系数通常用来表示弹性模量随温度的变化。其含义是：当温度变化1度时，弹性模量的相对变化，即

=

或写成：E=

其中：——弹性模量温度系数；

E——材料在实际温度t下的弹性模量；

——标准温度下材料的弹性模量；

——实际温度与标准温度之差；

弹性模量随着温度的升高而降低，必然导致弹性元件的刚度和灵敏度发生相应的变化。 在相同负载下，弹性元件的输出也随之变化，由此产生的误差称为温度误差。

2、精密压力表检定装置的选择、检定操作步骤和数据处理方法

(1)精密压力表校验装置的选用

标准：

1、标准装置的允许误差不能大于被测装置允许误差的1/4

2.可用的标准设备如下：

A。 活塞压力表；

b. 活塞式压力真空表；

C。 液体压力表；

d. 符合标准仪表误差要求的其他压力测量标准；

3、用于检定精密仪表的活塞式压力表，可均匀检定8点以上（每个检定点加有相应的权重）

4、0.16级精度仪表的检定可选用相应量程的二级标准压力表。 0.06级精度仪表检定可选用相应量程的一级标准压力表

5、标准器件必须在有效期内。

辅助设备：

1、压力源、真空源

2.压力调节器

3、油汽、油水分离器

环境条件：

1、环境温度

0.06、0.1、0.16、0.25精度计：（20±2）℃

0.4、0.6级精度计（20±3）℃

2、相对湿度不大于85%

3、环境压力：大气压力

4、精密手表应在上述1、2、3条件下至少休息2小时后进行检查。 测试工作介质：

1、计量上限不大于0.25MPa的精密手表，工作介质为洁净空气或无毒、无害、化学性质稳定的气体。

2、计量上限大于0.25MPa的精密仪表，工作介质可为无腐蚀性液体。

3、计量上限不大于2.5MPa。 它实际上是用来测量气体压力的精密仪表，也可用气体工作介质进行检定。

（二）验证操作步骤及数据处理方法：

1.验证步骤

A。 视力检查

精密量规的零件应装配牢固，无松动现象； 新制造的压力表涂层应均匀光滑，无明显剥落。 表盘玻璃应为无色透明，无妨碍读数的缺陷和损伤； 表盘应平整光滑，标记清晰可辨； 应有制造单位或商标、产品名称、计量单位和编号、计量器具制造许可证标志和编号，真空应有（-）号或负号、精度等级、出厂编号； 指针的指示刃应垂直于分度盘，并能覆盖最短分度线的1/4~3/4。 分度盘平面间距离应为（0.5～1.5）

毫米范围。

b. 零检查； 当没有压力或真空时，指针应位于零标记处。

C。 示值误差校准； （任何检定点的误差应大于允许误差）精密仪表按工作位置安装在检定装置上，密封无泄漏； 精度示值误差检定点应不少于8点（不包括零点）； 测试点应尽可能均匀地分布在测量范围内。 检定时，压力从零开始，稳步升高或降低压力，对各检定点的示值进行检定。 当示值达到测量上限时，切断压力源，耐压3分钟，再稳定调整原检定点。 降压或升压回测。 升压时应避免冲击和仰泳现象。 对于每个测试点，在升压和降压时应读取两个读数，第一个读数在敲击外壳之前； 第二次读数为敲击外壳后（按分度值的1/10估算），将敲击后的读数和前后敲击外壳引起的指针变化量分别记入检定记录表。

d. 验证返回错误（变体）； 对于同一个校验点，升压（或降压）和降压（或升压）校验时，敲击外壳前后的示值均在测量范围内，任何一个校验点的返回误差不应为大于允许误差的绝对值。

e. 敲击位移 对于每个验证点，升压（或降压）和降压（或升压）测试时，敲击外壳引起的指针变化量不应大于允许误差的1/2 .

F。 测量上限耐压上限点时，关闭被测仪表开关，进行耐压3分钟，打开被测仪表开关，前后读数敲，将数据添加到记录表中。

G。 指针偏转稳定：在测量范围内，指针偏转应平稳，不应有跳动、卡滞现象。

H。 0.06、0.1级精度仪表，连续进行3次检定； 对于0.16、0.25级

2 验证； 1 0.4级和0.6级精密手表的验证

现以西安仪表厂生产的压力表，编号881236，精度：0.4级，量程0~0.6MPa为例，使用标准装置为0.04~0.6Mpa精度2级的活塞式压力表； 简述其操作步骤。

先检查校验仪上的两个开关是否闭合，然后装上被测精密压力表，打开油杯，逆时针转动手泵上的手柄，将油泵入泵内（为防止空气从进入开始，可以慢慢摇动手柄），手压泵抽出泵长的2/3左右，然后将油压回油杯，重复操作至少2次，直到里面没有气泡为止泵，然后关闭油杯。

将压力表稳压点选为0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6MPa，打开被测仪表和校验仪的开关，增加压力（缓慢摇动增压器手柄顺时针打泵，在码盘上加一个0.1Mpa的专用砝码，旋转砝码）到第一个检定点（0.1MPa），以标准为准（此时手不能离开手泵上的手柄），读数，（估计读数至刻度值的1/10，刻度值为0.005MPa）在原始记录表中填入读数，直到敲击压力表，然后敲击压力表的侧面，读取,并在原记录表中填入读数 按敲击后的位置,继续

升压至第二检定点，重复刚才的操作，直至检定上限刻度，然后关闭被测精密压力表开关，耐压三分钟，打开被测精密压力表开关仪表，然后轻敲前后读数一次，将读数填入原记录表降压。 继续降压到下一个检查点（0.5MPa），重复刚才的操作，再继续降压到第一个检查点（0.1MPa），重复刚才的操作。

校验完毕，继续降压至精密表距零点仅2~3小格，打开油杯，使指针自然归零。 最后，关闭被测仪表和测试仪的开关，顺时针摇动手泵手柄，将油杯压回油杯，合上油杯，取下被测精密压力表，盖上盖子，实验结束，收拾干净。

2.数据处理；

专栏：检定量程为0-0.6MPA，精度为0.4级的精密表，采用标准为0.04-0.6MPA，精度为二级的活塞式压力表。 测点：0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6（附校验数据）

数据处理如下；

A。 允许误差=±准确度×量程%

允许误差=±0.4×0.6%=±0.0024 MPa

b. 丝锥位移允许偏差＝1/2｜允许基本误差｜

允许攻丝位移变化率=1/2丨±0.0024丨=0.0012 MPa

C。 示值误差=测量值-标准值

d. 轻击变化量=｜轻击前－轻击后｜（上、下）

（具体数据见所附精密压力表检定记录表）

检定结果：精度压力达到0.4级

3、精密压力表在检定过程中的误差及减少或消除的方法

在精密压力表的检定规程中，规定了因温度变化、安装位置不同等多种因素引起的附加误差和校正方法。 实践证明，有些错误是固定的，是可以改正的。 另一些，由于误差的大小无法确定，修正量也无法确定，只能尽量控制在不超过允许的基本误差范围内。 因此，在使用过程中应注意引起错误的因素、更正及相关事项。

(1) 温度变化影响造成的误差及修正要求

JJG49-99检定规程中规定了弹簧管精密压力表和真空表的使用环境温度，规定密闭压力表检定前应在该温度环境中放置2小时以上，这使得检定后弹性元件的温度固定，消除了环境温度变化引起的附加力。

接近错误。

精密压力表允许工作温度为20±3℃（0.4、0.6级）和20±2℃（0.0、0.1、0.16、0.25级），工作温度为10～+30℃。

温度变化引入的其他错误：

因此，由于温度变化引起的总误差；

(2) 因安装位置引起的误差及修正要求

安装精密仪表检定，特别是测量上限不大于0.6MPa（但不大于0.25MPa）的精密压力表，应选用二级标准活塞式压力表，使活塞与压力表指针在同一水平面上，否则必须校正因液柱高低差引起的压力值，这在检定规程JJG49-99中已有明确规定。

我国各厂家生产的活塞式压力表，压力表的活塞下端面一般低于压力表的指针轴。 为了消除这种影响带来的附加误差，可以采用两种解决方案；

1、用一套专用的重物转换接头，将活塞下端面的位置升高，使其与被测仪表的指针轴处于同一水平面上。

2.使用计算方法

A。 测量被测仪表与活塞下端面的高度差，带入计算，并将此值加到各校验数据中。

b. 将其转换成一个小的权重，并添加到每个测试中。

(3) 其他因素引起的误差

1、工作介质不同引起的介质误差。 例如常压下空气的密度为1.2kg/m3，而变压器油在20℃时的密度为860kg/m3，两者相差七百多倍。 显然，弹簧管内气柱的压力误差可以忽略，但弹簧管内油柱的压力误差不可忽略。 根据试验数据，比较采用空气和变压器油作为压力传递介质的结果，精密压力表测量上限为0.25MPa的平均值的相对误差达到0.82%，1MPa的相对误差为0.22%。 . 2.5MPa达到0.12%。 因此，检定规程明确规定，测量上限不大于0.25的精密仪表的工作介质必须是空气或其他无毒、无害、化学性质稳定的气体。 测量上限值不大于2.5MPa的，测量气体压力的精密仪表应以气体为工作介质进行检定。 这时最好以二等标准的气体活塞式压力表为准。

2、由于耐振压力表装有阻尼器，应考虑阻尼引起的误差，必要时予以修正。

3、校验时读取方法导致的错误。

(4)精密压力表选用和安装的注意事项

1、精密压力表的安装，对腐蚀性介质、高温介质或剧烈压力变化的压力测量，应采取一定的防护措施。

压力表的安装位置应符合安装状态的要求。 表盘一般不要水平，否则游丝会失去对齿轮间隙的控制。 位置的高度和照明应适合工作人员的观察。 当仪表测点与仪表安装处不在同一水平位置时精密压力表检定记录，应考虑附加高度误差修正。

二、使用、储运注意事项

(1)仪表工作时，应处于正常工作状态，待被测压力(或抽真空)变化均匀缓慢时进行测量，确保不超过允许的基本误差。

(2) 仪表在下列条件下使用时，不应因增加附加装置而产生附加误差，否则应考虑校正：

为保证仪表不受被测介质的侵蚀或粘度过高，或结晶的影响，安装了隔离装置；

为保证仪表不受被测介质急剧变化或脉动压力的影响，装有缓冲器；

为保证仪器不受振动影响，安装了减振装置和固定装置；

为保证仪表不受被测介质高温的影响，增加了充液弯头装置。

(3)严禁使用其他专用仪器。 也严禁对非特殊和可靠的设备进行测量。 更严禁使用通用压力表测量特殊介质的压力。

(4)精密压力表应有未过期的检定合格证，检定印章必须完整无损。

(5)仪表外壳应能保护内部零件免受污染和机械损伤。 如果不拆封条，则不能触摸仪表的内部部件。

(6) 仪器存放环境温度以20±10℃为宜，空气相对湿度不大于80%。 室内空气中不应含有能引起仪器腐蚀的有害物质。

(7) 仪器运输时，应将专用木箱或纸箱用干燥、清洁的纸条装入木箱内，以确保在运输过程中不被损坏。

4.不确定性分析

（一、概述

计量依据：JJG49-1999《弹簧管式精密压力表、真空表检定规程》。

环境条件：温度（20±2）℃，相对湿度不大于80%。

测量标准：二等标准活塞式压力表。

被测对象：精密压力表。

测量过程：根据流体静力学原理，采用直接比较法，将二类标准活塞式压力表产生的压力与精密压力表指针指示的压力进行比较。 在活塞压力表上加上相应的专用砝码。 当重物作用在活塞有效面积上产生的压力与压力发生器产生的压力平衡时，被检精密压力表的指示值与标准装置产生的标准压力之间的差值数值是精密压力表的示值误差。

评定结果的使用：满足上述条件的测量结果一般可直接用于本不确定度评定方法。 表4-23和表4-24为Excel表格，分别用于计算精密压力表示值误差测量结果的组合样本标准差和扩展不确定度。

(2) 建立数学模型

恩智浦-=Δ

式中：Δ——被测精密压力表的示值误差，MPa；

PX ——被检精密压力表的实际示值，MPa；

PN——标准活塞式压力表示值，MPa。

(3) 各输入量的标准不确定度分量评价

输入量PX的标准不确定度u(PX)有两个分量，一个是由被测精密压力表在重复性条件下的测量重复性引起的，采用A类评定方法，多组测量组合数据得到样本标准差sp，进而得到自由度较大的实验标准

差异引起的不确定度、精密压力表的估算误差等已包含在连续测量系列的离散度中，因此不再分析其影响。 二是环境温度引入的不确定性分量，采用B型评价方法。 The standard uncertainty u (PN ) of the input quantity PN is mainly caused by the indication error of the standard piston pressure gauge, and the B-type evaluation method is adopted. During verification, the lower end surface of the piston of the standard piston pressure gauge is not on the same level as the pointer axis of the precision pressure gauge, and the dispersion caused by the difference in liquid level between them is negligible.

Taking (1~60)MPa second-class standard piston pressure gauge verification level 0.4, 0~10MPa precision pressure gauge measurement upper limit 10MPa point as an example, each uncertainty component of the measurement result of indication error is evaluated.

Evaluation of the standard uncertainty u (PX ) of the input quantity PX

According to the regulations, the verification of the 0.4-grade precision pressure gauge should be observed twice as rising and falling, and the arithmetic mean value should be used as the measurement result to report. If you want to obtain the combined sample standard deviation of the 10MPa measurement result, you can select 20 measurement records.

Calculate Pooled Sample Standard Deviation Spreadsheet Unit: MPa

Since the arithmetic mean is reported as the result, then u1(PX)=sp/2=0.0032MPa, since

自由程度

ν=n-1=20-1=19.

11

According to the verification regulations, the verification temperature of the precision pressure gauge is (20±2)°C, and the maximum error caused by the influence of temperature is kt(t-20)PX, where the temperature coefficient kt=0.0004/°C, PX=10 MPa, estimated

The meter obeys the uniform distribution, including factor 3

k, then the half-width of the dispersion interval is kt×2×PX (in C2

=

Enter "=D6*2*B6" in the cell), standard uncertainty u2(PX)=0.0004×2×PX/3, estimate Δu2(PX)/u2(PX)=0.1, and its degree of freedom ν12=50 .

Evaluation of Standard Uncertainty Component u(PN) of Input Quantity PN

It can be seen from the verification certificate of the standard piston pressure gauge that its accuracy level is 0.05, and the allowable error of the verification point of 10 MPa is ±0.05%×PX, that is, the half-width of the dispersion interval is 0.05%×PX (in cell C3 Enter "=0.05%*B6"), this interval can be considered to be uniformly distributed,

Inclusion factor 3

k, then the standard uncertainty u(PN)= 0.05%×PX/3, estimated Δ

=

u(PN)/u(PN)=0.1, its degree of freedom ν2=50.

(4) Evaluation of combined standard uncertainty and expanded uncertainty

(1) Sensitivity factor

1/1=??=XP c Δ 1/2-=??=NP c Δ

(2) Summary and calculation table of each uncertainty component

Summarize the uncertainty components into the following spreadsheet and use it to simultaneously complete the combined standard uncertainty uc (same units as PX), effective degrees of freedom eff ν and expanded uncertainty U 95 (same units as PX) calculation. Columns I and J in this table are used to calculate the square of each uncertainty component of each output quantity and the quotient of the 4th power of each uncertainty component of each output quantity and the degree of freedom, which are hidden for the sake of brevity.

Summary of Uncertainty Components and Expanded Uncertainty Calculation Spreadsheet

The estimated values ​​of the input quantities are not correlated with each other, and the combined standard uncertainty is according to ∑=

)(22c ijixucu calculation.

Effective degree of freedom according to ∑

=iijixucu νν44c eff )]([Calculation. Take the confidence probability p =95%, from eff ν=99, check the t distribution table and approximate the effective degree of freedom

Round to 50 to get: k 95=t 95(eff ν)= t 95(50)=2.01

(5) Reporting of uncertainty

Expanded uncertainty U 95=0.013 MPa of 10MPa measurement result, eff ν=50.

The measurement expanded uncertainty of each point in the 10MPa range

【参考】

[1] "Pressure Measurement" edited by Jiang Sijing, China Metrology Press

[2] "Pressure Measurement and Testing", edited by Xu Dichang, China Metrology Press

[3] "Verification Regulations for Spring Tube Type General Pressure Gauge, Pressure Vacuum Gauge and Vacuum Gauge" JJG52-1999 State Bureau of Technical Supervision

[4] Relevant materials of China Metrology Network and China Metrology Forum