在執(zhí)行一般壓力表國家監(jiān)督抽查任務過程中,用材料學和統(tǒng)計學方法研究了壓力表示值變化規(guī)律。試驗結果以及統(tǒng)計數據表明,相對誤差連線以逆時針形成閉合回路，壓力表示值一般在反行程中間點達到最大值超壓試驗使彈性元件產生了較大程度的殘余變形,一定時間的自然時效和抗運輸環(huán)境試驗使彈性元件殘余變形產生一定程度的回復彈性元件材料的組織結構以及退火工藝的不同導致不同樣本的壓力表彈性元件抗殘余變形能力差別很大。

一般壓力表是通過表內的敏感元件（波登管、膜盒、波紋管）的彈性形變來測量壓力，并由表內機芯的轉換機構將壓力形變傳導至指針，引起指針轉動來顯示壓力。一般壓力表廣泛應用于各類工業(yè)流程和科研領域，尤其在工業(yè)過程控制與測量過程中，由于一般壓力表的彈性敏感元件具有很高的機械強度及使用方便等特點，使其得到越來越廣泛的應用。筆者在執(zhí)行國家質檢總局下達的《一般壓力表產品質量國家監(jiān)督抽查方案》(以下簡稱國抽）任務過程中，對一般壓力表示值變化規(guī)律影響因素進行了基礎性研究，采用了三種基本試驗方法（基本誤差試驗、超壓試驗和抗運輸環(huán)境試驗），從材料學和統(tǒng)計學角度對影響壓力表符合性判定的影響因素進行探討，為壓力表計量特性研究提供了理論及實踐參考。

1.試驗依據和研究方法

1.1試驗依據

依據國抽方案以及國抽方案引用的一般壓力表國家標準和國家檢定規(guī)程：①《一般壓力表產品質量國家監(jiān)督抽查方案》。②GB/T1226—2010一般壓力表⑴。③JJG52—2013彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表。

1.2研究方法

選取有代表性的10家企業(yè)的一般壓力表為樣本，其中每家企業(yè)有3塊相同型號規(guī)格的壓力表。

(1)基本誤差試驗：主要檢驗示值誤差、回程誤差和輕敲位移。試驗方法依據JJG52—2013第5.3.3條款。

（2）超壓試驗：以壓力上限值的125%承受超壓試驗，歷時30min。卸掉負荷后在30min內按步驟(1)進行試驗，試驗方法依據GB/T1226—2010第6.11條款。

（3）抗運輸環(huán)境試驗：儀表在包裝完好的情況下，先按JB/T9329—1999第4.4的要求進行碰撞試驗，再按4.5.1的要求進行跌落試驗。試驗結束后按步驟（1)進行試驗，試驗方法依據GB/T1226—2010第6.16條款。

1.3標準器

量傳標準器采用0.05級活塞式壓力計標準裝置，其準確度等級符合量傳要求且可溯源至國家基準。

2.基本誤差試驗指針的變化規(guī)律

基本誤差試驗考查被檢樣品計量特性是否能滿足基本的使用要求，由于樣本中的壓力表測量范圍不盡相同，為比較不同量程壓力表的示值誤差，引人“相對誤差”的概念，即被檢點示值誤差占最大允許誤差絕對值的百分比，如式（1)所示，反映了示值誤差與最大允許誤差的接近程度。

H,=(P；-Psi)/MPEVx100%(1)式中：盡為某測量點的相對誤差；P,為示值；為標準值；為最大允許誤差絕對值。

試驗中在3個不同量程中分別選取1個樣本，每個樣本3個相同型號規(guī)格壓力表，按照檢測點的順序，做相對誤差連線圖，如圖1所示。

由圖1可得：

（1）相對誤差的連線以逆時針形成閉合回路，連線無交叉，同一測量點反行程相對誤差恒大于或等于正行程相對誤差，說明其反行程示值恒大于或等于正行程示值。產生這種現象的主要原因是彈性元件的殘余變形按照方案要求，做基本誤差試驗的壓力表在測量上限耐壓3min后，短時間內彈性元件難以完全回復，產生一定的彈性滯后（彈性后效和彈性遲滯的疊加）o

（2）正、反行程示值在量程中間區(qū)域達到最大值，反行程的示值最大值為壓力表最大示值。反行程是壓力表在測量上限耐壓一定的時間（此時彈性元件達到正行程的最大變形量）后逐漸泄壓的過程，該過程中影響彈性元件殘余變形的因素主要泄壓時間和形變差。泄壓時間指的是耐壓完成至回程某檢測點的時間間隔。形變差指的是耐壓完成時的彈性元件形變量與回程某檢測點的形變量的差值。泄壓時間越長，則殘余變形越少，示值小；形變差越大，則殘余變形越大，示值大。在泄壓的前期，形變差起主要作用；而在泄壓后期，泄壓時間起主要作用，兩者交互作用結果導致殘余變形在壓力中間區(qū)域達到最大值，故示值在反行程中間區(qū)域出現最大值。

壓力表在零點正最大允許誤差處有止銷的存在，零點示值誤差如果不超過最大允許誤差，指針始終緊靠止銷，無法判定零點示值的真實值，因此在下文計算中不考慮零點的示值。

3.不同試驗方法的相對誤差絕對值比較

由于“相對示值誤差”已經不能定義示值與標準值偏離程度，因此引入“相對誤差絕對值”的概念，即正、反行程中，各測量點示值誤差絕對值的平均值與最大允許誤差絕對值之比。也就是說，就示值和標準值的偏離程度而言，正偏差和負偏差都同等對待，目P:

w-(f4\pi-pj+iip；-p,i)/i=2i=2

[2(n-l)MPEV]xlOO%(2)

式中：見為相對誤差絕對值；P,為正行程示值P為反行程示值；為標準值；MPEV為最大允許誤差絕對值。

各樣本的相對誤差絕對值如表1所示。

從表1可以看出：

（1）總平均值一行中，超壓試驗后，全部樣本的相對誤差絕對值(33.36%)超過首次試驗誤差（21.21%)的50%，說明超壓試驗明顯使壓力表示值偏離標準值，在30min內保持壓力表上限1.25倍的壓力值使得彈性元件產生了較大的殘余變形，增大示值誤差。壓力表的測量上限是由彈性元件的彈性極限再除以一個安全系數得出，一般安全系數的取值在1.5~2范圍，如果安全系數太小’超壓試驗中使用的壓力值很可能達到甚至超過了彈性極限，導致塑性變形的產生，從而導致較大的示值誤差�？惯\輸環(huán)境試驗后相對誤差絕對值略小于超壓試驗誤差值，說明經過自然時效及抗運輸環(huán)境試驗后彈性元件殘余變形產生一定程度的回復。

（2）相對標準偏差反映了各次試驗中樣本相對誤差絕對值的分散程度，可以看出，基本誤差試驗和抗運輸環(huán)境試驗的值很接近，而超壓試驗超出基本誤差試驗和抗運輸環(huán)境試驗約1/3,說明超壓實驗加強了樣本相對誤差絕對值的分散性,從而能夠反映出各樣本壓力表的抗超壓性能，結果表明各樣本所用的彈性元件抗超壓性能差別較大。

壓力表彈性元件的材料選取一般有以下幾種：錫磷青銅、鈹青銅、高強度、高彈性合金鋼等，各樣本材料的選取以及加工方法的不同導致不同樣本的彈性元件具有不同的組織結構，從而抗超壓性能表現出較大的差異性。

比如在彈性元件中使用廣泛的QBe2鈹青銅在0#效時，未進行合理的攪拌，造成硝鹽槽爐溫不均引起彈性元件局部出現過時效組織，過時效后y相沿晶界聚集球化，呈網狀，破壞了基體的連續(xù)性，導致彈性元件在加壓過程中產生較大的殘余變形，甚至引發(fā)斷裂。

因此，需要對鈹青銅進行低溫形變熱處理，即合金在淬火后進行塑性變形，然后再進行時效。鈹青銅經過低溫形變熱處理，與一般固溶時效比較，能大大提高合金的彈性極限，還能抑制合金的晶界反應和降低合金的彈性后效及彈性遲滯。這是因為淬火及時效之間的冷塑性變形工序提高了y'及yn的彌散度及分布的均勻性，以及細化了亞晶粒并使晶界反應受到抑制。還可以采用真空雙級時效工藝w來提高中間相的彌散均勻分布程度和析出比例，使得雙級時效后的晶界位置析出相尺寸變大和析出比例增加，從而提高QBe2鈹青銅的材料強度，減少彈性滯后。

4.不同試驗方法的相對回程誤差比較

回程誤差反映了彈性元件的抗殘余變形的能力，相應地引人了“相對回程誤差”的概念，正、反行程中，各測量點回程誤差值的平均值與最大允許誤差絕對值之比值，用百分數表示，艮P:

R

V=P._P'.\)/[{n-l)MPEV]x100%

i=211

(3)

式中：F為相對回程誤差；盡為正行程示值；P為反行程示值；為最大允許誤差絕對值。

相對回程誤差試驗數值如表2所示。

從表2可以看出：

（1）總平均值一行中，超壓試驗的相對回程誤差明顯小于另外兩次試驗。原因是超壓試驗已經造成了彈性元件很大殘余變形，隨之進行的示值試驗已經不能產生額外的殘余變形，因此超壓試驗后的回程誤差明顯小于另外兩次試驗。

（2）抗運輸環(huán)境試驗的相對回程誤差值明顯大于超壓試驗值而略小于基本誤差試驗值。說明在經過一段時間的自然時效及抗運輸環(huán)境試驗后，彈性元件得到一定程度的回復，因此進行示值試驗時能夠產生一定程度的殘余變形，導致回程誤差增大。

5.相對示值變化率

為研究相鄰兩次試驗示值的變化規(guī)律，引入了相對示值變化率的概念，即相鄰兩次試驗，正、反行程中壓力表同一點示值變化平均值與最大允許誤差之比，用百分數表示，反映相鄰兩次試驗同一點示值的變化情況。

Rr.超壓試驗相對示值變化率，反映了超壓試驗示值與基本誤差試驗示值的差別。

R2：抗運輸環(huán)境試驗相對示值變化率，反映了抗運輸環(huán)境試驗示值與超壓試驗示值的差別。

計算公式：

i=2t=2[2(n-\)MPEV]x100%

R2二[I-Pm)+II4~Pmi)Vi=2i=2

[2(n-I)MPEV]x100%

-3為相對示值變化率試驗數值，由總平均值（無?)數據可得，超壓試驗對示值變動率的影響很大，超過了30%。再次驗證了之前得出的“超壓試驗使彈性元件產生了較大程度的殘余變形”的結論，而抗運輸試驗后的相對示值變化率中，有2個樣本為正數，其他8個樣本皆為負數,平均值為負，也從另一個方面證明了“一定時間的自然時效和抗運輸環(huán)境試驗使彈性元件殘余變形產生了一定程度的回復”的結論。

6.結論

（1）基本誤差試驗相對誤差的連線以逆時針形成閉合回路，連線無交疊，相同測量點反行程示值恒大于或等于正行程示值。正、反行程示值在量程中間區(qū)域達到最大值，反行程的示值最大值為壓力表最大示值。

（2）“相對誤差絕對值”以及“相對示值變化率”計算結果的統(tǒng)計數據表明：超壓試驗使彈性元件產生了較大程度的殘余變形，而一定時間的自然時效后以及抗運輸試驗后，彈性元件殘余變形產生了一定程度的回復。

（3）超壓試驗的相對回程誤差明顯小于另外兩次試驗。原因在于超壓試驗后進行的示值誤差試驗中，壓力表在壓力最大值耐壓3min對彈性元件殘余變形的貢獻很小。而經過一段時間的自然時效和抗運輸環(huán)境試驗后，彈性元件得到一定程度的回復，耐壓3min對彈性元件的殘余變形貢獻增大，導致回程誤差增大。

(4)各樣本企業(yè)中壓力表彈性元件抗殘余變形能力差別很大，表現為相對誤差絕對值的相對標準差，超壓試驗值超出另外兩次試驗值約1/3。