3.1.4 弹性式压力测量
弹性式压力测量是利用弹性元件作为压力敏感元件将压力信号转换成弹性元件的位移或力的一种测量方法。该方法只能测量表压和负压，通过传动机构直接对被测的压力进行就地指示。为了将压力信号远传，弹性元件常和其他转换元件一起使用组成各种压力传感器。
弹性式压力测量法具有结构简单、使用方便、价格低廉、应用范围广、测量范围宽等特点，因此，在工业生产中使用十分普遍。但是基于弹性元件的各种压力测量共同特点只能测量静态压力。
(1)弹性元件的测量原理
弹性元件的测量原理是弹性元件在弹性限度内受压后产生的变形，变形的大小与被测压力成正比。
弹性元件受压力作用后通过受压面表现为力的作用，假设被测压力为px，力为F，其大小为
式中 A——弹性元件承受压力的有效面积。
根据虎克定律，弹性元件在弹性限度内形变x与所受外力F成正比，即
式中 K——弹性元件的刚度系数;
x——弹性元件在受到外力F作用下所产生的位移(即形变)。
因此，当弹性元件所受压力为px时，其位移量为
(2)弹性元件
用作压力测量的弹性元件主要有弹性膜片、波纹管和弹簧管。
弹簧管又称波登管，是用一根横截面呈椭圆形或扁圆形的非圆形管子弯成圆弧形状而制成的，其中心角常为270°。弹簧管的一端开口，作为固定端，固定在仪表的基座上。另一端封闭，作为自由端。当由固定端通入被测介质时，被测介质充满弹簧管的整个内腔，弹簧管因承受内压，其截面形状趋于变圆并伴有伸直的趋势，封闭的自由端产生位移，其中心角改变，该位移的大小与被测介质压力成比例。
图3.2 弹簧管压力表
1—弹簧管;2—拉杆;3—扇形齿轮;4—中心齿轮;5—指针;6—面板;7—游丝;8—调整螺钉;9—接头
自由端的位移可以通过传动机构带动指针转动，直接指示被测压力，也可以配合适当的转换元件，如霍尔元件和电感线圈中的衔铁把弹簧管自由端的位移变换成电信号(霍尔电势、线圈的电感量的变化)输出。
单圈弹簧管受压力作用后，中心角的变化量一般较小，灵敏度较低。在实际测量时，可采用多圈弹簧管来提高测量的灵敏度。
单圈弹簧管压力表的弹性元件是弹簧管，广泛用于测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、气体和蒸汽的压力，其结构如图3.2所示。
被测压力由接头输入，弹簧管因承受压力而使自由端产生一定的直线位移，通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，于是指针通过同轴的中心齿轮带动而作顺时针偏转，在表盘面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。
其中，游丝是用来克服因扇形齿轮和中心齿轮之间存在的间隙所产生的仪表变差。压力表的量程调节是通过调节调整螺钉的位置，也就是改变机械传动的放大系数来实现的。
【任务实施】
(1)准备工器具及材料(表3.1)
表3.1 操作现场准备的工器具及材料
续表
(2)操作步骤
1)压力表校准要求
①校准点一般不少于5点，应包括常用点。准确度等级低于2.5级的仪表，其校准点可以取3点，但必须包括常用点。
②仪表的基本误差，不应超过仪表的允许误差。
③仪表的回程误差，不应超过仪表的允许误差的绝对值。
④仪表的轻敲位移，不应超过仪表允许误差绝对值的1/2。
2)压力表校验步骤
①准备工作:选取标准表，标准表的测量上限一般应不低于被校表测量上限，标准表的允许误差应不大于被校表允许误差的1/3，或者标准压力表比被校压力表高两个精确度等级。
②确定校验点:对于1.0，1.5，2.0，2.5精确度等级的压力表，可在5个刻度点上进行校验。对于0.5级和更高精确度等级的压力表，应取全刻度标尺上均匀分布的10个刻度点进行校验。
③校验步骤如下:
a.检查压力表校验器连接接头垫片的良好情况，安装好并用扳手拧紧标准表和被校表。
b.调节地脚螺钉，使水准泡位于正中。
c.开启油杯上的针形阀，注入变压器油。逆时针旋转手轮，将油吸入手摇泵内。顺时针旋转手轮，将油压入油杯，观察是否有小气泡从油杯中升起，若有，逆时针旋转手轮，再顺时针旋转手轮，反复操作，直到不出现气泡为止。
d.零点检查，将进油阀和油杯全打开，观看指针是否在零位。
e.密封性实验，关紧油杯上的针形阀，打开两表下的针形阀，顺时针旋转手轮，平稳地升压，使压力上升到被校表的最大压力，其指针应在刻度的终点。在上述最大压力下保持5～10 min，仪表示值应不下降，否则应检查泄漏处。
f.刻度校验，以被校表的校验点为准。加压，直到被校压力表指示第一个压力校验点，停止升压(不能超过再降下来)，读标准压力表指示值。然后逐一升压、逐一记录，直到被校表达到量程上限，正行程校完后，逆时针旋转手轮，均匀降至零压，平稳地降压进行下行程校验。
g.实验中观察指示有无跳动、停止、卡塞现象。求出被校压力表的基本误差、变差和轻敲位移。
【任务评价】
弹簧管压力表校验任务评价表
