彈簧管壓力表改裝為遠(yuǎn)傳壓力表的方法研究
分析目前電信號遠(yuǎn)傳壓力表的結(jié)構(gòu)和工作原理，具體提出了一種將彈簧壓力表改裝為電信號遠(yuǎn)傳 壓力表簡單而經(jīng)濟(jì)的方法.最后，以C型彈簧管壓力表為例討論了溫度變化較大的環(huán)境下壓力表的改裝方案.
0.引言
1847年，法國人波登制成彈簧管壓力表，由 于結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，很快在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用， 是我國至今仍然常用的壓力測量儀表.因此將彈 簧管壓力表改裝為電信號遠(yuǎn)傳壓力表，可以在節(jié) 約大量資金的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控等 功能.
1.目前使用的主流遠(yuǎn)傳壓力表工作 原理及狀況
該種儀表由一個彈簧管壓力表和一個滑線電 阻式發(fā)送器等組成.儀表機(jī)械部分作用原理與一 般彈簧管壓力表相同，由于電阻發(fā)送器設(shè)置在齒 輪傳動機(jī)構(gòu)上，因此當(dāng)齒輪傳動機(jī)構(gòu)中的扇形齒 輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，電阻發(fā)送器的轉(zhuǎn)臂（電刷)也相 應(yīng)地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行，使得被 測壓力值的變化變換為電阻的變化，而傳至二次 儀壓表上，指示出相應(yīng)的讀數(shù)值.同時(shí)，一次儀表 也指示相應(yīng)的壓力值.但是此類產(chǎn)品受溫度影響 較大，當(dāng)使用溫度偏離20 ±5 "C時(shí)，其溫度附加誤 差約為 0.4%/10 'C.
2.C型彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)與工作原理
c型彈簧管壓力表是彈簧管壓力表中應(yīng)用最 廣泛，最有代表性的儀表，本文以c型彈簧管壓 力表為例加以介紹.
2.1結(jié)構(gòu)
C型彈簧管壓力表(如圖1)是由表殼部分、指 針、刻度盤部分、彈簧彎管、傳動機(jī)構(gòu)部分和管接 頭等5個主要部分組成.
2.2工作原理
當(dāng)被測壓力進(jìn)入彈簧管后，彈簧管的短軸增 大.自由端產(chǎn)生位移，借助傳動機(jī)構(gòu)使指針在表的 分度上產(chǎn)生角位移.當(dāng)彈簧管產(chǎn)生的彈力與被測 壓力相平衡時(shí)，指針便停止轉(zhuǎn)動指在其一分度上， 其示值就是被測壓力值，彈簧管在其彈性限度內(nèi) 產(chǎn)生的變形（自由端位移)與所受壓力成正比關(guān)系(具有非線性誤差).
3.C型彈簧管壓力表改裝原理、方 案及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
3.1改裝原理
C型彈簧管壓力表當(dāng)被測壓力進(jìn)入彈簧管 后，彈簧管的短軸增大，長軸減小，彈簧管的曲率 半徑變大，此時(shí)管外側(cè)管壁縮短，內(nèi)側(cè)管壁伸長. 在彈簧管的管壁上粘貼電阻應(yīng)變片，既可以把管 壁的伸縮變化測量下來,如果管壁的伸縮變化率 (由于此變化與應(yīng)變類似，采用電阻應(yīng)變片測量) 與管內(nèi)壓強(qiáng)呈線性變化則通過測量管壁變化即可 以確定管內(nèi)的壓強(qiáng).
3.2改裝方案
1)常溫下采用2片電阻應(yīng)變片.
在常溫下，由于彈簧管沒有顯著的溫度影響, 在C型彈簧管的內(nèi)外兩側(cè)沿軸向各貼一枚應(yīng)變片。
粘貼位置：由于管內(nèi)壓強(qiáng)相等,C型彈簧管同 一側(cè)各處伸縮變化率基本相等(連桿和機(jī)芯對C型彈簧管管端作用的拉力對管的影響非常小,并 且可以通過測量電路消除掉），可以任選一處粘貼 電阻應(yīng)變片，其粘貼方式如圖1所示的8、兩片 應(yīng)變片.測量電橋如圖2所示,8片接入為電橋中 R1工作片,9片接入為R2工作片
2)溫度變化較大的環(huán)境下,采用一個工作片 和一個溫度補(bǔ)償片.
在溫度變化較大的環(huán)境下，彈簧管會因?yàn)闇?/span> 度變化而產(chǎn)生曲率變化，選取圖1中8號片作為 工作片，接入圖2測量電橋的R1工作片，另外, 選取相同型號的壓力表一個，在相同的位置粘貼 一片應(yīng)變片作為溫度補(bǔ)償片，接入為測量電橋的 R2溫度補(bǔ)償片（同型號壓力表多個工作片允許公 用一個溫度補(bǔ)償片).
3.3測量儀器及數(shù)據(jù)
3.3.1電阻應(yīng)變片
本次試驗(yàn)采用電阻阻值為R =120 Q，靈敏系 數(shù)為K = 2. 2，測量面積為S = 2 X4mm2的酚醛基 電阻應(yīng)變片.
3.3.2測量儀器及測量電路
測量儀器為YTR- 5A型數(shù)字應(yīng)變儀.其測量 電路原理圖如圖2所示.
3.3.3壓力表及試驗(yàn)方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)
本次試驗(yàn)采用的壓力表精度等級為2. 5 ,量 程250 MPa.溫度為室溫20 ±3 C.應(yīng)變片接入方 法為3.3.2中的接入方法，即采用一個工作片和 一個溫度補(bǔ)償片的方式.本次試驗(yàn)共重復(fù)進(jìn)行了 3次,3組數(shù)據(jù)如圖3所示.由圖3可以看出管壁 的伸縮變化率與管內(nèi)壓強(qiáng)呈線性變化,且數(shù)據(jù)具 有良好的重復(fù)性.本測試受條件限制未使用高精 度的壓力表，并且應(yīng)變片敏感柵尺寸過大，使得實(shí) 驗(yàn)結(jié)果的精度受到一定影響.
4.結(jié)束語
討論了用電阻應(yīng)變片將C型彈簧管壓力表改 裝為電信號遠(yuǎn)傳壓力表的方法,并且討論了在溫度 變化下不同的改裝方式.如果將實(shí)驗(yàn)中放大器縮小 3.66倍,則可以直接讀出壓力值,按照測量原理可 以在節(jié)省大量資金的前提下,將彈簧管式機(jī)械顯示 的壓力表改裝成為電信號遠(yuǎn)程監(jiān)測壓力表.
