精密压力表误差分析

精密压力表是目前应用较多的一种压力标准计量仪表，使用过程中需要对其进行误差分析。本文在分析了常用精密压力表测量原理的基础上，总结了精密压力表的几种常见误差形式，包括仪器设备误差、人为误差、环境误差、测量误差等，并对其进行了合成不确定度计算，总结了其误差来源与应对措施，以供同仁参考.

0.引言

精密压力表即通常在工业领域中应用的一种计量仪器，由于工业生产的高精度要求越来越严格,各种计量仪器也逐渐向更加精准精确的趋势发展。然而,尽管各种精密仪器在不断的升级优化,误差却始终是工业生产领域不可避免的一个问题,无论误差的大小，只要误差存在就必然会对最终的测量结果造成相应影响。因此,本文对精密压力表的几种误差形式与应对策略等进行分析,对于曰后对精密压力表的研制与使用都将带来益处。

1.精密压力表测量原理

常用精密压力表构造如图1所示。

从图1中可以看出，该精密压力表内配置了一个椭圆形状的弹簧管,并将其一端固定,另一端连接到杠杆,同时将指针在齿轮上固定,扇形齿板通过支点与杠杆连接。在进行实际压力测量时,其工作原理为：弹簧管因受压力增大影响而发生变形,并逐渐加大延伸力度，当压力值达到某一标准后，另一端的杠杆便会与齿轮之间形成一种作用力，进而带动齿轮与指针之间形成一种作用力，最终带动指针运动,并显示被测物体压力值。结束测量后,压力逐渐减小,弹簧管恢复初始的椭圆状,指针恢复到零位。在进行实际测量时，一般会同时使用精密压力表与压力校验仪器，以最大限度的保障压力测验结果的准确性与精确度。

2.精密压力表常见误差形式

2.1仪器设备误差

仪器设备误差的形成多源自于其本身精度不够,进而形成测量结果与实际压力值之间的相应偏差。在进行实际测量时,一般是需要通过精密压力表首先对普通压力表进行测试的，从而在适当调整的基础上防止测量时的误差，尽可能的提高测量结果的准确性与精度。但是,有时也会出现未经过调整而直接测量的情况，最终导致误差的出现。结合具体实践来看,设备仪器误差应主要包括以下两方面的内容。

第极限误差。上级标准器的极限误差对仪器设备准确性的影响是最大的,通常我们都是通过二等标准活塞式压力计实现压力表量值传递的，其极限误差为0.05%。若用8〗表示该项误差，则有各在0.05%,也就是说控制其误差不超过0.05%就属于正常，若超过0.05%则高于极限误差值,会在一定程度上影响测量精度.

第二,基本误差。利用精密压力表测量普通压力表时，通常会导致三种形式的误差，即示值误差、回程误差和轻敲位移。首先,示值误差指的是压力表显示压力值与被测物体实际压力值之间的偏差，它会间接造成示值计算过程中的误差，最终不能得到客观准确的测量值。若用S21来表示示值误差，用△表示基本误差中所设定的允许误差的绝对值范围，则示值误差公式可写作：S21I处。其次，回程误差是指在相同条件下,被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值,也称作滞后误差，若用s22表示基本误差在回程期间所引起的误差值，用△表示的压力表所允许的误差的绝对值范围，则有回程误差公式：§22I在A。最后，轻敲位移即工作人员用手指轻巧压力表外壳时仪表产生的示值或变动量,若用823表示该误差值，用△来表示压力表所允许的误差绝对值范围，则有轻敲位移误差公式：823I在A/2。

2.2人为误差

精密压力表的人为误差指的是人为因素造车的压力表读数误差,该误差通常以分度值的1/10估算。0.4级压力表最少分格数为80倍，对应的误差公式为：英0.125%。人为因素造成的测量误差是很常见的，它是各种外界因素造成测量误差占比重最大的一项因素。总体来讲，导致人为误差的因素包括误读、误视与误算三种，其中，前两种通常出现在测量过程中，由于测量的数值很小或者是处于十分密集的地方,所以很容易出现误读、误视情况。而误算通常出现在最后计算时，由于需要计算的数字过大或过小等因素,导致误算情况的出现。人为误差不仅是最为普遍的一种精密压力表误差形式,同时也是造成误差最大或者是后果最严重的一种误差形式。

2.3环境误差

顾名思义,环境误差即是由于环境问题所造成的测量误差，通过发生在测量过程中，由于环境或是场地差异而与准确结果存在一定偏差。环境误差主要表现为两种常见形式,一是随机误差，二是热变形误差。前者发生的几率较小,一般是偶然性的，不存在特定的造成结果出现误差的条件,后者主要是与温度密切相关，因为弹性元件的弹性系数与温度之间存在着密切关系，当压力表的使用温度与检定温度之间存在差异时,便会形成温度附加误差，一般在使用温度为20±5°C,其温度系数应在0.04%/°C以上，其最大温度附加误差公式为：S4砭0.2%,该项误差的修正十分困难。

2.4测量误差

测量误差也是造成精密压力表误差的重要因素，它主要是指由于计量仪器的摆放不当或防止方式不合理等导致的误差，如测量过程中未将测量仪器放置在平坦的表面，而是放置在了凹凸不平的地方，或者是仪器放置角度不合理等。测量误差还包括很多小的分类,较为普遍存在的主要有余弦误差、阿贝误差等。实际上,测量误差是可以通过正确的安装和使用来消除的,所以一般情况下我们将该种误差忽略不计知=()。

3.合成不确定度的计算

以0.4级的精密压力表为例，由上级标准器引起的不确定度=0.05%(k=3；由基本误差引起的标准不确定度：U2=0.4%(k=3)油人为误差引起的不确定度：U3=0.12%(k=3)油环境温度引起的不确定度：Lf0.2%(k=3),此四

项的不确定度分量是相互独立的,所以，其合成不确定度

2222~

Uj+U2+U3+U4=0.47%(k=3)。

但是，基本误差中的示值误差、来回差和轻敲位移三个参数是相关的，因此不能用均方根法直接计算合成不确定度,而必须综合考虑三个量。本文分别讨论了三种最不利情况下三项误差对总不确定的影响。

①示值误差达到最大正值，来回差为最大值时,若轻敲位移也取最大值,在回程时轻敲位移只允许从下往上移动。此时压力表示值的误差分布范围为-A/2~A,不确定度为0.75A。

②示值误差达到最大负值，来回差为最大值时,若轻敲位移也取最大值,在正行程时轻敲位移只允许从上往下移动。此时压力表示值误差的分布范围为-A~A/2,不确定度为0.75A。

③示值误差在行程时为-A/2,在反行程时为A/2,来回差为最大值，此时轻敲位移可以在任意方向达到最大值,压力表示值的误差分布范围为-A~A,不确定度为△由此可以得到：此三项误差综合作用下精密压力表的不确定度不大于△置信因子为3。

综上，对于0.4级的精密压力表,在20±5°C条件下使用时,其不确定度为0.47%(k=3)。

4.精密压力表误差来源与应对措施

精密压力表能否在实际使用中保证其较高的准确性与精确度,是目前工业领域较为关注的话题。而压力表在测量时所表现出的各种误差大多数与压力表的指示不准确密切相关,基于该思路及上述对精密压力表几种误差形式的分析,笔者总结了以下四点精密压力表误差来源及应对措施。

4.1外力因素及应对

精密压力表由于受到外部环境因素会出现指示不准确的现象,如测量环境、温度的变化及荷载过重等因素,都可能导致压力表指示错误。在实际测量过程中，压力表外部温度过高或负荷过重时，弹簧管便可能出现严重变形，以至于不能在外部温度降低或负荷减轻时恢复到最初的椭圆状，其弹性明显变差，最终不能正确显示测量物体的压力值。针对于此,本文认为应科学合理地控制压力表的使用环境,尽量防止压力表处于高温、冷冻或震荡的环境中，避免压力表承受过重负载,从而保障其测量结果的准确性。

4.2指针不在零位

当压力表指针不在零位时,压力表的测量结果也会显示不准确,而导致指针无法恢复零位的因素主要包括弹簧元件弹性变差，弹簧元件脱落而无法自动回弹，以及指针弯曲变形、压力表内部运行不畅等。针对于此,需要在进行实际测量之前,先将指针恢复到零位，从而保障测量结果显示的准确性。

4.3指针抖动与不动

指针抖动也是压力表测量中出现的普遍问题，它是指指针不能准确的固定在某一值，而是处于晃动摇摆的状态。导致该情况出现的主要原因就是游丝损坏或齿轮螺栓卡死。针对于该情况,应首先检査压力表内部结构是否正常,逐一排除故障。而有时候,压力表指针不动也是一种较为常见的测量误差来源,这时候应主要检査压力表管道与齿轮,排除管道堵塞或齿轮松动的可能，以避免该类问题的出现。

5.结语

在当前我国工业快速发展的背景下,对精密压力表误差进行研究分析,通过采取相应的措施避免各种误差的出现,有利于提升工业生产中仪表校验的准确性与精度。而在使用精密压力表进行测量时,我们首先要清楚其工作原理与常见误差形式，这样才可以有针对性的找到解决方法,提高仪表的测量准确性与精度。因此,本文主要以0.4级精密压力表为例，基于其工作原理探讨了几种常见的误差形式,并进行了合成不确定度的计算,分析了其误差来源与应对措施,以便尽量的缩减误差范围。望本研究能够为精密压力表的进一步优化升级与科学使用提供借鉴.