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分析造成弹簧管压力表检测不合格的原因及解决方法

来源:作者:发表时间:2019-02-28

 摘 要:根据对弹簧管压力表计量检定规程的理解,研究弹簧管压力表检定过程中遇到的问题及弹簧管压力表调修的方法。通过多次调修检测不合格的弹簧管压力表,研究其构造及工作原理。在此基础上,分析造成检测不合格的原因及解决方法,以提高弹簧管压力表计量检定工作水平,降低成本。

 
概述
        压力表根据测量原理等依据划分成很多种类,检定过程中多数遇到的是弹簧管压力仪表 (以下简称“压力表”)。这种仪表以弹簧管为敏感元件测量压力大小,其工作原理是通过表内敏感元件(弹簧管)的弹性形变,由表内转动机构(扇形结构和杠杆结构) 将压力形变传导至指针,引起指针转动,在表盘上指示数值[1]。如今压力表的应用已极为普遍,几乎遍及所有工业流程和科研领域,其准确性关系到安全生产的保障,对设备的运行至关重要。在检定中降低压力表的示值误差,对不合格的压力表进行调修后投入使用,对压力表计量检定和节约成本起到至关重要的作用,通过几年的实践与研究,总结出一些检定与调修的方法。
 
1 压力表检定
在压力表投入使用之前,按照压力表计量检定规程进行计量检定,在其投入使用后按一定周期进行检定以确保其准确可靠。JJG (铁道) 193—2017《机车车辆专用压力表》和 JJG 52—2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表》 规定,机车车辆专用压力表和一般压力表的非常长检定周期不超过 6 个月。各车间可根据实际生产需要和管理办法规定压力表检定周期,但不得超过6 个月。压力表的检定按顺序分为以下几个步骤:在规定环境条件恒温 2 h,选择相应的标准器和配套设备,检定压力表的各示值误差,处理检定结果。
 
1.1 检定环境
环境是测量误差的几大来源之一,通过温度和湿度两项参数量化环境条件,根据 JJG (铁道)193—2017 和 JJG 52—2013 规定检定环境温度为(20 ± 5)℃,湿度不大于 85% RH,在该环境下恒温至少 2 h 后才能检定。除保证该环境条件要有检定合格的温湿度计外,减小环境因素造成的误差还要注意以下几点:① 温湿度计应放在离检定仪器较近的地方,避免放在窗边、离检定仪器较远的门口及空调旁,避免阳光直射,以免温度波动过大,测出温度与实际情况不符;② 避免在实验室或仪器旁放置影响湿度的物品,如热水瓶或盆栽绿植等,否则会对湿度造成影响。
 
1.2 标准器和配套设备的选择
 
在标准器的选择上应注意是否检定合格并在使用期限内,以及其非常大允许误差是否符合要求。为保证工作生产需要,一般备有 2 套标准器,若标准器到期应及时送检。JJG 52—2013 规定“ 标准器的非常大允许误差绝对值应不大于被检压力表非常大允许误差的 1/4。”[1] 活塞式压力计或精密数字压力计由于其本身准确度高,一般不会存在问题,但若选择弹簧管式精密压力表作为标准器,其量程的区别可能对检定结果造成影响。如量程为 1.6 MPa,0.25 级的精密压力表,可以用来检定量程为 1 MPa,1.6 级的一般压力表,但不能检定量程为 1 000 kPa(1 MPa) 的机车车辆专用压力表 (机车车辆专用压力表准确度统一为 1.6 级)。压力表允许误差(∆允)的计算公式如下:
 
∆允=±(压力表测量量程×准确度级别/%)。
(1)在配套设备的选择上,应注意其是否运行正常、无故障,是否为需要满足特殊检定要求的压力表。配套设备应定期清洁,以避免异物通过气口进入管道造成堵塞,妨碍设备正常运行。应定期更换各阀门密封圈,防止发生漏气现象。检定氧气压力表、乙炔压力表等需要禁油的压力表时,需再准备一套工具及推车,与检定一般压力表及机车压力表的工具分开使用。工作台应保持洁净,避免油污,若使用水油分离器,每次使用完毕后需用干净的布擦拭干净,避免压力表接触到油。
 
1.3 压力表数据读取
压力表数据的读取应注意以下几个方面:①人员方面,人员视线应与表面刻度盘平行,如果检定人员本身存在散光、近视或左右眼视力不平衡的状况,应佩戴矫正后的眼镜再进行检定工作,否则读数可能存在偏差。②数据读取方式方面,JJG (铁道)193—2017 规定“压力表的示值应按分度值的1/5 估读”。这表示数据的读取必须在被检表上,其误差计算结果的修约间隔也应为该表分度值的 1/5。
 
2 压力表调修
在检定压力表的过程中,会遇到示值误差超差的问题,这时压力表的调修工作就显得至关重要。有些压力表可能需经多次调修才能合格,而不合格的压力表则应进行降级或报废处理。
 
压力表的调试和修理是不同的,如只需调试压力表的传动机构或指示装置就能使压力表合格,便是调试;如需要拆洗、补焊,甚至更换零件的,属于修理。两者的成本也不尽相同,想要更好地调修压力表,必须了解其构造及工作原理,才能进行误差调试,从而解决问题。
 
2.1 构造
压力表构造如图 1 所示[2]。
压力表构造
弹簧管:管内压力变化使管自由端产生位移,带动传动机构动作,管内压力与自由端位移成线性关系。传动机构 (机芯):由扇形齿轮、中心齿轮、游丝等组成,主要作用是放大弹簧管自由端微量位移,并将直线位移转变为指针的角位移。指示机构:由指针、刻度盘等组成,主要作用是将弹簧管的弹性变形量通过指针转动指示出来,从而在刻度盘上读取直接指示的压力值。表壳 (机座) :主要作用是固定和保护弹簧管、传动机构和指示机构。
 
2.2 工作原理
压力表的测量原理可根据以下公式得出:
PA = P0 + Pg , (2)
PA = P0 - Pv 。 (3)
式 (2) 和式 (3) 中,PA为绝对压力,是物体所承受的实际压力,其零点为绝对真空; P0 为大气压力。
当 PA>P0 时,相对压力为表压力用 Pg 表示,是用仪器测得的压力。
当 PA<P0 时,相对压力为负压 (又称疏空或真空表压力),用 Pv表示。
 
压力表工作的基本原理是:利用各种不同类型的弹性敏感元件在被测介质 (如空气、油、水等) 的压力作用下而产生的弹性形变来测量压力。弹性敏感元件所受压力(F)与弹簧管的弹性形变(x)产生的微量位移呈线性关系(即胡克定律 F = kx,k 为弹性系数,与弹性体的材料有关),该微量位移由传动机构 (扇形齿轮、中心齿轮、游丝等) 放大,再由指示机构 (指针、刻度盘等) 指示出压力示值。常用压力表弹簧管为 C 型管又称单圈弹簧管(见图 1)。
 
2.3 误差调试
以下列举了在压力表检定中遇到的一些故障与调修方法。
 
2.3.1 接头螺纹损坏
在检定压力表的过程中,会出现被检表无法安放在检测台上的情况,导致无法开展后续检定。出现这种情况可能是压力表螺纹在使用过程中损坏。若损坏不严重,如部分螺纹歪斜、缺失,可以更换接头或送入车间重新车削一下螺纹;若损坏严重,影响表接头周长,则报废处理。
 
2.3.2 压力表指针无指示
压力表指针无指示一般有以下 3 种情况:
① 弹簧管内堵塞,可用铜丝疏通或清洗弹簧管。
② 漏气,检查压力表接头与检测台之间有无橡胶垫片,若没有,可装上合适垫片;检查弹簧管和传动机构连接处是否焊接牢固,若有裂缝需重新焊接。③ 如果中心齿轮和扇形齿轮磨损过多,则需要更换。
 
2.3.3 指针不回零位
指针不回零位一般有以下 4 种情况:① 指针松动,在不通压力的情况下把指针卸下,在零位重新安装;② 中心轴弯曲,用尖嘴钳矫正中心轴即可;③ 表盘松动,调整表盘拧紧螺丝,若没有螺丝可用透明胶固定;④弹簧管残余形变变大,需要重装指针或更换弹簧管。
 
2.3.4 示值误差超差
示值误差超差存在以下 3 种情况:① 指针在每一个点的示值误差相同,可以升压至表量程的1/3~1/2 处或重要测量值处,重新安装指针。如机车车辆专用压力表可在 500 kPa 或 600 kPa 处重新安装指针。② 指针呈线性误差,即误差逐渐增加时,调节活节螺丝向外移动。当增加齿轮的臂长时,若误差逐渐递减,则调节螺丝向内移动;当减少齿轮的臂长时,为方便调节,非常好用记号笔在活节螺丝原来所在位置做好标记,方便控制调节距离。③ 指针只在被检点中一两个点超差,可能齿轮相应位置有缺损或异物,应及时清理或者更换零件。
 
2.3.5 指针偏转不平稳
指针偏转不平稳存在以下 2 种情况:① 游丝损坏或散乱,可更换游丝或用镊子调整;②2 个齿轮有积污或锈蚀,可以清洁齿轮或对齿轮啮合处除锈并加润滑油。
 
2.3.6 轻敲位移超差
轻敲位移超差存在以下 3 种情况:① 2 个齿轮局部磨损,需更换齿轮或改变齿轮啮合位置;② 制作游丝的材料弹性差或游丝严重变形,可更换游丝或用镊子调整;③ 齿轮啮合松动,可通过转动中心轴调节游丝,加紧齿轮之间的啮合。
 
3 结语
为提高压力表的检定合格率,保障生产安全有效进行,分析检定压力表过程中可能导致示值误差的情况。研究总结压力表出现故障导致不合格的原因及解决方法,确保一些本应报废的压力表能够被修理好并重新投入使用,可以对减少报废率、减轻单位成本起到积极作用。
 
现有的压力表调修方法缺点是花费时间长,有些更换零件调整游丝的过程繁琐,并不能减少人工成本。还有一些类似于稳定性差的故障并没有解决,接下来有待研究未解决的故障,以及如何缩短修理压力表时间。检定人员在不断发现问题的同时,也要更好地解决问题,不断实践、总结,才能促进检定技术的规范和完善,把工作真正做得又好又快。
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