压力仪表弹性元件的特性及评定方法

孙晓全 / 河南省计量科学研究院

0 引言

弹性式压力表、真空表、压力真空表、气压表以及其他各种专门用途的弹性式压力仪表，主要用于测量各种液体、气体或蒸汽的表压力和大气压力。弹性式压力仪表具有结构简单、使用方便、造价低廉、测量范围宽广等优点，因而得到广泛的应用。

弹性式压力仪表的工作原理是利用各种形式的弹性元件作为敏感元件来感受压力，弹性元件受压变形后产生的反作用力与被测压力相平衡，此时弹性元件的形变就是所受压力的函数，这样就可以通过测量弹性元件的形变量来测得所受压力的大小。

1 弹性元件的分类

根据弹性敏感元件形状的不同，可以将其分为弹簧管式（单圈弹簧管和多圈弹簧管即螺旋管）、膜片式、膜盒式和波纹管式，图1为弹性敏感元件的分类。

图1 弹性敏感元件的分类

2 弹性元件的主要特性

2.1 弹性形变

在弹性极限范围内，弹性元件的形变与压力成正比。当作用压力取消后，弹性元件能恢复到初始尺寸和形状，这种现象称为弹性形变。

2.2 弹性后效

加在弹性元件上的负荷停止或完全卸荷后，弹性元件不是立即完成相应的形变，而是在一段时间内持续发生形变的现象就叫做弹性元件的弹性后效。

2.3 弹性滞后（弹性迟滞）

加在弹性元件上的负荷在其弹性极限范围内进行缓慢变化时，加载特性曲线与卸载特性曲线不重合的现象，称为弹性元件的弹性滞后（弹性迟滞）。

2.4 永久形变（残余形变）

有些弹簧管在去除外力后，经过几天的时间仍不能恢复到原来的形状和尺寸，说明弹簧管产生了永久形变（残余形变）。这种形变可分为三种情况：

1）弹性元件在压力作用下产生形变，当压力除去后，弹性元件不能恢复到原来的形状，这种形变叫做塑性形变。

2）弹性元件在交变负荷作用下，容易产生微小的应力而疲劳，从而造成弹性元件的损坏，在除去负荷后，不能恢复到原来的形状，这种形变叫做疲劳形变。

3）弹性元件持续地承受负荷，也会产生疲劳，当除去负荷后，弹性元件不能恢复到原来的形状，这种形变叫做弹性元件的蠕变。

为了尽可能地避免过早出现永久形变，需要给弹性元件规定足够的安全系数，将弹性元件的弹性极限压力与最大工作压力（即压力表的测量上限）之比称为安全系数，

式中：k—安全系数；

p0—弹性极限压力，Pa；

pmax—最大工作压力，Pa

通常，一般压力表k为2，精密压力表k为4。

3 弹性元件对压力表的影响及评定

从上述分析中可以看出弹性式压力仪表的质量取决于弹性元件的优劣：弹性后效是压力仪表产生示值误差的主要因素，它对压力仪表的定级起着决定性作用；弹性滞后（弹性迟滞）是产生回程误差的主要原因；而当弹性元件出现永久形变时，压力仪表往往已经无法满足使用要求，需要进行更换了。因此，对压力表的检定或检验实际上主要就是对压力仪表弹性元件的弹性特性进行评定。

在弹性元件式一般压力表和精密压力表的国家计量检定规程JJG 52-2013、JJG 49-2013和国家标准GB/T 1226-2010、GB/T 1227-2010中制定了专门的条款，对弹性元件的上述特性进行评定：

1）对于弹性后效，在JJG 52-2013、JJG 49 -2013中是以示值误差检定的方法进行评定，在GB/T 1226-2010、GB/T 1227-2010中是以基本误差检验的方法进行评定；

2）对于弹性滞后（弹性迟滞），在JJG 52 -2013、JJG 49-2013中是以回程误差检定的方法进行评定，在GB/T 1226-2010、GB/T 1227-2010中是以回差检验的方法进行评定；

3）对于永久形变，在JJG 52-2013、JJG 49 - 2013中是以在测量上限处耐压3min的方法进行评定，在GB/T 1226-2010、GB/T 1227-2010中是以超压试验和交变压力试验的方法进行评定。

4 结语

可以看出，国家计量检定规程和国家标准对于弹性元件的弹性后效和弹性滞后（弹性迟滞）的评价方法是基本一致的。对于弹性元件永久形变的评价，检定规程采用的是在测量上限处耐压3min的方法进行评定，而国家标准则采用了更为严格的超压试验和交变压力试验的方法进行评定。根据需要进行检定或检验即可确定压力表的性能是否满足使用要求。

[1]姚士春编著.压力仪表使用 维修与检定[M].北京：中国计量出版社，2003.

[2]全国压力计量技术委员会.JJG 49－2013[S].北京：中国计量出版社，2013.

[3]全国压力计量技术委员会.JJG 52-2013[S].北京：中国计量出版社，2013.

[4]全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124）.GB/T 1226-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[5]全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124）.GB/T 1227-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.