[原创论文] 压力表检定方法改进及自动化的实现

刚写好，还没发表，欢迎大家指正错误

压力表检定方法改进及自动化的实现

作者：王长江 上海海鹰机械厂 200436

关键字：检定方法 数字压力校验仪自动化

摘要：JJG49-1999、JJG52-1999主要以活塞压力计为标准器为参照标准来编写，不太适应数字压力校验仪作为主标准器来检定压力表，本文主要对规程中“回程误差”及“轻敲位移”的定义提出建议性修改，使之即满足数字压力校验仪作为主标准器的要求，也满足其它标准器检定压力表的要求。

压力表检定方法改进及自动化的实现

作者：王长江 上海海鹰机械厂 200436

关键字：检定方法 数字压力校验仪自动化

摘要：JJG49-1999、JJG52-1999主要以活塞压力计为标准器为参照标准来编写，不太适应数字压力校验仪作为主标准器来检定压力表，本文主要对规程中“回程误差”及“轻敲位移”的定义提出建议性修改，使之即满足数字压力校验仪作为主标准器的要求，也满足其它标准器检定压力表的要求。

日常检定/校准精密压力表和普通压力表所采用的标准器一般为活塞式压力计，活塞式压力计具有测量范围宽、准确度高、结构简单、重复性好等优点，但是，活塞式压力计也有它的局限性，活塞式压力计实际上是固定值的标准压力信号发生装置，活塞式压力计并不能测量压力值。另外，活塞式压力计有受温度影响比较大、不易于携带、劳动强度大，人为视差引入误差大等缺点，并且，活塞式压力计很难与计算机组成系统实现自动测量。
近年来，数字压力校验仪以其精度高、操作简单、易于携带受到压力检定人员的欢迎，数字压力校验仪得到广泛的应用。但由于JJG49-1999《弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》以及JJG52-1999《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》中标准器主要是以活塞式压力计为参照来进行编写，故检定过程与数字压力计的检定过程就有不太一致的地方，笔者以实际工作中体会，并在不更改原来检定方法的原则下，提出对规程内容做一些建议性修改，使得以数字压力校验仪为标准器更符合检定压力表要求，并介绍以VB6.0为平台开发的自动压力检定软件，供大家在工作中参考。
一、用数字压力校验仪检定/校准精密压力表和普通压力表
1．数字压力校验仪满足规程中对标准器的要求
JJG49-1999、JJG52-1999对标准器做出如下的要求：“5.2.1.1 对标准器误差的要求,标准器允许误差绝对值应不大于被检表允许误差绝对值的1/4”，数字压力校验仪（以DH542数字压力校验仪为例，允许误差为0.025%F.S.）可满足0.1级及以下的精密压力以及普通压力表的检定及校准。

2．数字压力校验仪的检定方法
JG49-1999、JJG52-1999中示值误差定义为：“对每一检定点，在升压（或降压）和降压（升压）检定时，轻敲表壳前后的示值与标准值之差”，压力表示值误差可表示为：
△P=Px-PN
式中：△P － 压力检定点示值误差
Px－ 被检压力表示值
PN－ 压力标准值
采用活塞压力计作为标准器，原理为“称重法”，上式中 为固定点，被检定示值按规程要求进行估读，故示值误差中将因人为视差引入一定误差。采用数字压力校验仪可采用“直接比较法”（或称“反校法”）即固定被检定表检定，读取数字压力校验仪的压力标准值，这样可大大消除人为视差，提高检定系统的准确度，并且该方法符合规程中对“示值误差”的定义。
3．对规程中“回程误差”定义的修改
JG49-1999、JJG52-1999中回程误差（变差）定义：“对同一检定点，在升压（或降压）和降压（升压）检定时，轻敲表壳后的示值之差”。采用“反校法”后压力表的回程误差就仅为升压和降压过程中指针变动量之差，体现不出压力表的变差，无法判断压力表的回程误差是否满足使用要求，所以建议回程误差定义修改为：“对同一检定点，在升压（或降压）和降压（升压）检定时，轻敲表壳后的示值误差之差”。定义更改后以活塞压力计作为标准器检定压力表，回程误差与定义修改前数值是一致的，因为公式中压力标准值作为固定项前后相减消除；而采用数字压力计作为标准器，修改后的定义就能十分准确地表述了压力表的回程误差含义。

4．对规程中“轻敲位移”定义的修改
检定规程中明确规定，轻敲指针前后示值误差都应被计算，但检定规程附录中检定记录模板中仅列出轻敲后被检表示值，轻敲表壳前示值误差无法计算。笔者认为只要对规程中轻敲位移的定义稍做修改就可以计算出轻敲表壳前示值误差。
根据JG49-1999、JJG52-1999中轻敲位移的定义：“对每一检定点，在升压（或降压）和降压（升压）检定时，轻敲表壳后引起的指针变动量”，该轻敲位移为绝对值，但实际工作中轻敲后指针有可能向上跳动也有可能向下跳动，如果轻敲位移为绝对值，即便你知道轻敲前后示值中任意一个也无法计算出另外一个，所以轻敲位移定义可修改为：“对每一检定点，在升压（或降压）和降压（升压）检定时，轻敲表壳后与轻敲表壳前示值之差”，用公式可表示为：
△轻敲＝Px后 - Px前


式中：
Px前 －轻敲前被检表示值
Px后－轻敲后被检表示值
△轻敲－轻敲位移
这样轻敲位移就有正负之分，如果知道轻敲前被检表示值，就可计算出轻敲后的被检表示值；同理，如果知道轻敲前被检表示值，就可计算出轻敲后的被检表示值。公式如下：
轻敲后被检表示值：Px后 ＝Px前 ＋ △轻敲
轻敲前被检表示值：Px前 ＝Px后 － △轻敲

5．对规程中原始记录模板的修改
采用数字压力校验仪作为标准器检定压力表，由于数字压力校验仪升压和降压行程压力标准值不一致，每一个行程都要记录标准压力值，这与采用活塞压力计作为标准器在升压行程和降压行程中标准压力值相等不同，所以检定原始记录表格应做相应的修改，在升压和降压行程均要有记录标准压力值一栏，如表1（普通压力表检定记录表格）和表2（精密压力表检定记录表格）所示。

表1 （普通压力表检定记录表格）

升压行程 (MPa)			降压行程 (MPa)			轻敲位移(MPa)		回程误 差(MPa)	示值误差 (MPa)
标准器压力值	轻敲前示值	轻敲后示值	标准器压力值	轻敲前示值	轻敲后示值	升压	降压

请教 轻敲后示值如何采集？

回复 6# 金喜


    轻敲后的系统压力值并没有改变，不需要再次采集
    变化的只是轻敲后被检表的指针

欢迎大家继续提意见

对检定规程中的几点看法和修改建议个人觉得不错，不过没有具体介绍检定自动化的优缺点。不过还是谢谢楼主，获益匪浅。

学习了，检普通压力表不用活塞压力计也可以的。

谢谢各位反馈的意见，望大家继续指正

现在市面上已经有全自动检定普通压力的检定装置了，具体读数是采用视频采集来实现

视频采集可以实现读数自动化，但价格不菲

教科书上讲的回差（变差），是指上升程测值和下降程测值的差值，，，没见跟敲不敲有啥联系，，，

“轻敲”，我觉得从计量角度看这个词，蛮可笑呢，
多大的力度算“轻巧”呀？朝左敲还是朝右敲？朝前敲还是朝后巧，朝上敲还是朝下敲？
计量计量，连个量化的指标都不给，就黑弄黑整着，指挥革命了几十年？

不是同志们不进步呀，怕是领头的羊儿，脑袋里的羊肉汤，太白了吧？~~~~~~~呵呵，，，


敲不敲这事，既没科学性又太没趣味，不扯它了，

谁要是真有学问，就来把“JJG882-2004压力变送器检定规程”第19页，
那个ν22=5，为什么不能等于4.9或5.3或别的值
那个ν2=69，为什么不能等于68、70、71、89？
来讲个明白好不好？
来宣贯通透好不好？

我不是要抬杠，我是爱真理，谁来把这个问题讲清楚了，我就服谁

回复 14# LLLWWW


    先回答你为什么要检查轻敲产生的位移，这主要是压力表设计原理所决定的，由于是机械装置，总会有摩擦和荡动。如果压力表摩擦力过大，也许压力表在没有任何外力震动时检定是合格的，但稍微受一些外界震动干扰后就不合格了，试问这样的压力表，你的用户敢使用它吗？因为在现场使用谁也不能保证没有外界震动干扰它，一旦出现震动等干扰，用这块压力表测量出的数值还能可信吗？

尽管压力表的检定规程中有瑕疵的地方很多，也有很多前后矛盾的地方，但对基本的东西不要轻易地去质疑


附：弹簧管式压力表轻敲位移的产生及其调修

弹簧管式压力表轻敲位移产生的主要原因，可归纳为零件间的摩擦和荡动两个方面。由于零件的加工不良、相互位置配合不当，以及有污物、损坏等原因，使零件间的相互运动和弹簧管的伸张或收缩受阻而产生的轻敲位移称之为摩擦轻敲位移；由于零件之间的配合间隙较大、游丝没有使上劲、固紧螺丝松动等原因而产生的轻敲位移叫荡动轻敲位移。
在通常情况下，由于低压表的管壁薄、弹力小、容易产生摩擦轻敲位移，但由于其弹簧管自由端的线位移大，机芯放大系数小而不易产生荡动轻敲位移。高压表则因弹簧管弹力大不容易产生摩擦轻敲位移，但由于其机芯的放大系数大，传动部件稍有荡动就被放大显示在表盘上而容易产生荡动轻敲位移。
一、产生摩擦轻敲位移的原因及调修:
1.传动放大部件污损:如机芯上扇形齿轮、中心小齿轮等部件的轴、孔和齿上有灰尘、油污、锈迹以及其他不易察觉的凝结物等，会引起摩擦轻敲位移；与机芯和弹簧管自由端相铰链的拉杆，其转动部位被污染也会引起摩擦轻敲位移。这时可用皮老虎或小毛刷清除灰尘，用布擦去油污、严重者可把机芯取下拆开放在汽油里清洗。对锈蚀较严重的，可更换部件或机芯。
2.零件加工不良、机械损伤。一般采用更换零件的办法。若扇形齿轮的边齿有擦伤，可改变啮合部位，将其排除在外。
3.配合间隙过小。转动件的轴向间隙或径向间隙过小，都会产生较大的摩擦力。中心小齿轮或扇形齿轮在机芯上下夹板间轴向间隙和径向间隙过小，往往因为上下夹板变形而引起，将机芯拆开并将上下夹板校平便可消除。若不能消除，如径向间隙小，可用铰刀扩孔；对于拉杆，除扩孔外还可以换上较细的铰链螺钉。中心小齿轮的轴如果是锥形的，如轴向间隙过小，亦可采用铰刀扩孔的办法，即可增大轴向间隙。拉杆轴向间隙过小，是因为拉杆太厚或两端的铰链滑块的夹缝窄，可把拉杆两端锉薄、打光或换上夹缝宽的滑块，若夹缝是可调整的，则不必更换零件。
配合间隙的大小凭触感检查，高压表以似有间隙、低压表以有较明显间隙为宜。
4.零件变形或装配调整不当，如轮轴弯曲，拉杆扭斜，机芯变形等。指针轴弯曲可用手或钳子校正。齿轮轴弯曲，可把机芯拆开，把轴插入对应的轴孔中用手搬动齿轮矫正。拉杆两端扭斜不正，其铰链的两端要产生较大的摩擦力，可用专用小扳子矫正、矫平。对于机芯的局部变形、如夹板弯曲，较易校正，如复杂变形，则可更换机芯。
二、产生荡动轻敲位移的原因及调修
1.轴磨细、孔磨大、齿磨损。轴磨细、孔磨大，将引起齿轮和拉杆的径向荡动。前者会造成齿轮的微小转动，后者意味着拉杆的有效长度在发生变化，同样会引起齿轮的微小转动，二者都将反映为指针相对表盘的转动，显现出荡动轻敲位移。齿轮的齿磨损，在外界震动的情况下，容易滑齿而产生荡动轻敲位移。上述故障，一般采取更换零件的办法排除。
2.转动部件的轴向间隙过大。上面说过，间隙过小，摩擦阻力大，要产生摩擦轻敲位移，若间隙过大，零件上、下窜动，则会产生荡动轻敲位移。中心齿轮和扇形齿轮在上下夹板间轴向间隙过大时，可用专用工具，降低上夹板，以减小间隙。拉杆两端的轴向活动量过大，可换上较厚的拉杆或具有较小夹缝的滑块。夹缝的宽窄如可调，进行调整即可。
3.游丝的作用发挥不良。游丝是使扇形齿轮与中心小齿轮保持紧密的单向啮合，从而消除齿隙，避免齿间荡动。
由于游丝作用不良产生荡动轻敲位移，一般情况下，具有一定的规律性，即轻敲位移出现在表盘的某一区间。
为了说明问题，先分析一下游丝的盘绕方向和调整方式。游丝围绕着中心小齿轮的盘绕方向分顺时针和逆时针两种，调整方式也有两种:一种是对顺时针盘绕的游丝，在初始状态时调成尽可能的收缩状，对逆时针盘绕的游丝，初始状态调成尽可能的扩张状。这种调整方式，游丝力矩为最大，随着指针上升，呈收缩状态的游丝逐渐扩大，呈扩大状态的游丝在逐渐缩小，同时游丝的力矩也由大变小。另一种调整方式是指针在零点，游丝力矩为最小，指针升至上限时，力矩为最大。为此，顺时针盘绕的游丝其初始状态调成稍微扩张状，随着指针上升，游丝继续扩张；逆时针盘绕的游丝其初始状态调成稍微收缩状，随着指针上升，游丝继续收缩。调整方式多采取第一种，因为如果指针在零点时，游丝没有发生碰丝、不平、紊乱等现象，那么在指针的整个行程中，都不会发生游丝的碰丝、不平和紊乱现象，并且由于在零点游丝的力矩为最大，以利于指针紧靠在止销上。第二种调整方式，则无上述优点。
下面以第一种调整方式为例，谈谈造成荡动轻敲位移的原因和调修方法。指针在表盘刻度的后部(即测量上限值附近)有轻敲位移，是由于游丝力矩稍弱，即游丝的变形程度不够，因而当指针走到表盘刻度的后部时，游丝力矩变小到不足以消除齿隙的缘故。调修方法是将游丝收缩或扩张的程度加强一些，轻敲位移便会消失。如果在表盘刻度的中间部位发生轻敲位移，则是游丝的变形程度差的较大，这时当指针走到表盘刻度的中间部位时，游丝的力矩已变小到接近消失的程度(游丝处于自然状态)，在这种情况下，应较大幅度的加强游丝的变形程度。如果在表盘刻度的前部甚至零点附近出现轻敲位移，这又有两种情况:一种是游丝的变形程度很弱，接近游丝的自然状态，力矩很小，这时需要把游丝的变形程度大幅度加强；另一种是游丝的变形程度过强，力矩过大，从而使两个齿轮间的摩擦力增大，这时出现的轻敲位移不再是荡动轻敲位移而是摩擦轻敲位移，对于测量上限为0.25MPa以下的低压表，由于管壁相当薄，弹力很小，常会碰到这种现象，这时应将游丝变形程度减弱，轻敲位移才能消除。
对于同一个游丝，如果加强变形程度后，在表盘后部出现的荡动轻敲位移仍不能消除，或者变形程度强，在表盘前部出现了摩擦轻敲位移，变形程度弱，在表盘后部出现了荡动轻敲位移，
则是游丝本身有问题，如弹性失效或游丝的圈数太少，这时应更换游丝。
对于采用第二种调整方式的游丝，也可按照上述方法进行分析。在通常情况下，对第一种调整方式的游丝，荡动轻敲位移多发生在表盘的后部，第二种调整方式的游丝，荡动轻敲位移多发生在表盘的前部。
除以上所述，压力表固紧螺丝或铆接部件松动，指针与表盘或玻璃擦靠，游丝不平、碰丝、紊乱、脱落等原因，也会产生荡动轻敲位移或摩擦轻敲位移，可根据具体情况进行调修。

V22=5以及V2=69都是自由度，在JJF1059中有详细解释
如果想更好的理解，要对《高等数学》和《概率论》有一定的掌握

附：　一、统计学和计量经济学中的自由度（df）
　　统计学上的自由度（degree of freedom, df），是指当以样本的统计量来估计总体的参数时， 样本中独立或能自由变化的资料的个数，称为该统计量的自由度。
　　例如，在估计总体的平均数时，样本中的 个数全部加起来， 其中任何一个数都和其他资料相独立，从其中抽出任何一个数都不影响其他资料（这也是随机抽样所要求的）。 因此一组资料中每一个资料都是独立的，所以自由度就是估计总体参数时独立资料的数目，而平均数是根据 个独立资料来估计的，因此自由度为 n。
　　二、物理学中的自由度
　　完全确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标的数目，叫做这个物体的自由度。力学系统由一组坐标来描述。　
　　质点自由度
　　（1）一个质点在空间任意运动，需用三个独立坐标（x，y，z）确定其位置。所以自由质点有三个平动自由度 i = 3。　
　　（2）如果对质点的运动加以限制（约束），自由度将减少。如质点被限制在平面或曲面上运动，则 i= 2；如果质点被限制在直线或平面曲线（不是空间曲线）上运动，则其自由度 i = 1。　
　　刚体自由度[2]　
　　一个刚体在空间任意运动时，可分解为质心 O’ 的平动和绕通过质心轴的转动，它既有平动自由度还有转动自由度。确定刚体质心O’的位置，需三个独立坐标（x，y，z）—自由刚体有三个平动自由度 t = 3；
　　确定刚体通过质心轴的空间方位──三个方位角（α，β，γ）中只有其中两个是独立的──需两个转动自由度；另外还要确定刚体绕通过质心轴转过的角度θ──还需一个转动自由度。这样，确定刚体绕通过质心轴的转动，共有三个转动自由度 r = 3。所以，一个任意运动的刚体，总共有6个自由度，即3个平动自由度和3个转动自由度，即i = t + r = 3 + 3 = 6

采用“反校法”后压力表的回程误差就仅为升压和降压过程中指针变动量之差，体现不出压力表的变差。
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其实在反校法也可以测出回程之差。正行程对应的标准值和反行程对应的标准值不一样。这个不一样就可以理解为回程差。
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轻敲位移可以这样理解，即把压力值升到被检表示校准点后，轻轻敲击表壳，此时表针的变动可以理解为轻敲位移。因为打压至校准点，此时不一定指针就停留在该位置。轻敲后，移至校准点后读取标准示值。
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你更改的原始记录后，感觉繁琐了不少。对于工作量的场所，无形中增加了工作量。

谢谢楼主，楼主起码给指了个方向——JJF1059


规程呀，国家标准呀，没来由地自由度V22=5以及V2=69一把，难道是让我们，猜谜语的吗？

，
变送器大概是美国人发明的吧？，要么就是德国人英国人或者安哥拉人发明的！呵呵，总之咱国嘛，就是学人家呢，

试问：

人家的规程，是这般编得吗？

回复 17# O开心O


    反校法的回程误差，我在文章中修改的定义和你所说的一样，但前提是规程中已经有明确的定义了，如果按照其定义来执行，回程误差就没有意义，所以我写这篇文章，让规程撰写着注意，以后能修改其定义


至于我修改的检定记录的表格，是以自动化为前提的（不需要人工记录这些数据），并且忠实于规程，完全体现规程中对示值误差的要求

我国的技术发展就是借鉴和发展的过程。
到一定程度后，就会有自己的标准。

楼主的检定自动化了么？没看出来

回程误差和轻敲位移是两个概念。轻敲是看指针稳定的的程度，回程是看表的弹性后效。我觉得不能废除回程误差。在实际操作过程中，这两项都是考核其计量特性的参数。

未看见表2呀？

回程误差还是要有的，

学习了，看来楼主是这个行业的专家了。
倒是希望能跟大家交流一下心得。
我手上有个检定普通压力表的小软件。
绿色版的，希望能与大家分享。希望大家批评指正。
加QQ群 61776958  计量中国群，