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            彈簧管壓力表常見故障的排除探討

            來源: 云霄縣質量計量檢驗檢測所 作者:施忠賢 發布日期:2020-09-09 17:15:15

             摘要:壓力表是現代社會常用儀器儀表之一,在使用過程中可能會出現一些故障,導致無法獲得準確測量值,從而造成待測系統壓力參數的失控。因此,及時準確地進行故障的定位和排除就顯得尤為重要。文章簡要介紹了彈簧管壓力表的結構、工作原理、檢定辦法以及在使用過程中可能出現的一些常見故障,并分析了相關故障產生的原因,探討了解決措施,希望能夠對彈簧管壓力表的使用以及維護人員提供幫助。

             
            1 引言
                     隨著社會的發展和各領域自動化程度的提高,無論是在工農業生產領域、國防建設領域、科學研究領域,還是在人們的日常生活中,壓力表的使用都隨處可見。通常,以氣體、液體或者蒸汽作為動力源的系統中,都會有壓力表的應用,特別是在進行密封性測試、儀器性能測試或者密封腔體內介質加熱時,都會引入壓力的概念并需要進行監測。壓力表的類型有許多種,在進行壓力表的選型時,原則上需要考慮監測介質屬性、壓力范圍、精度要求等方面,同時還需要兼顧數值讀取的便捷性,以達到為科研和人們生產生活提供便利的目的。
             
                     通過研究測試和經驗總結可以得到,彈性元件型壓力表相比于其他類型的壓力表,具有結構簡單、體積小、通用性好、性價比高、維護修理方便等諸多優點,且使用較為方便,因此,在現代工業和生活中得到廣泛的應用。尤其在鍋爐、化學工業、油田冶煉領域等類似環境惡劣、有防爆要求時,彈簧壓力表的優勢更為明顯。但是,彈簧壓力表在使用過程中也會發生一些故障,導致測量不精確或者壓力表不工作的情況,因此,具備常見故障的分析能力和排除故障的能力具有較強的實踐意義。
             
            2 彈簧管壓力表的結構和工作原理
            2.1 彈簧管壓力表的結構
                     壓力表根據不同的用途,其內部結構也存在差異。本文所要介紹的彈簧管壓力表外觀上一般呈扁圓形,使用頻率非常高的為 100 mm 直徑型,其次還有 60 mm以及 150 mm 等尺寸的彈簧管壓力表目前也有一定范圍的應用;就精度等級而言,非常常用的是普通精度等級的 1.6 級或者 1.5 級的彈簧管壓力表;在結構組成方面,彈簧管壓力表主要由玻璃罩、表殼、墊圈、表盤、指針、彈簧管、連桿、調節螺絲、中心齒輪、扇形齒輪、表基板以及上下夾板等零部件所組成。
             
            2.2 彈簧管壓力表的工作原理
                     彈簧管壓力表是基于其內部的彈簧管內外弧壓力差設計而成的。表內彈簧管的尺寸、材質以及壁厚根據不同的量程需要可以進行不同的組合。彈簧管壓力表的工作原理可大致描述為:壓力值大于標準大氣壓的流體(液體或者氣體)進入彈簧管內,因為彈簧管外圈和內圈弧面截面積不同導致內外圈存在壓力差,彈簧管在壓力差作用下發生彈性形變,開放的一端會向外延伸,帶動拉桿和扇形齒輪轉動,進一步帶動中心軸轉動,連接在中心軸上的指針會將中心軸的轉動效果放大,指向表盤上的數字刻度,通過對指針尖部的數字的讀取,可以獲得所要測量的壓力值的大小。壓力表內內弧和外弧的壓力差越大,彈簧管形變量越大,中心軸旋轉的角度也就越大,指針也就隨著中心軸的旋轉指向表盤上更大的數字。
             
            3 常見故障原因分析及排除方法 
            3.1 指針歸零失效,零位誤差大
                     壓力表在使用的過程中經常會出現不歸零的情況,即在沒有外界負壓的情況下,壓力表指針會指向一個壓力值讀數,如果偏差值測量允許,就會對測量結果造成較大干擾,影響生產或者生活,甚至會導致安全隱患的發生。壓力表出現不歸零故障的原因及排除故障的方法如下:(1)壓力表負載壓力過大,導致彈簧管形變量超過彈性系數允許值,出現不可回彈的變形。該類故障的解決措施為:取下指針,將指針指向零位重新安裝,進行測試,若校準后性能仍達不到使用要求,則需要更換彈簧管;(2)壓力表出現晃動現象。一般是由于壓力表的固定螺絲松動,使用專業工具緊固安裝螺絲即可;(3)壓力表內齒輪脫牙。一般是由于壓力表扇形齒輪與齒輪軸的嚙合齒數過少導致的,需要拆開壓力表更換齒輪,并調整好齒輪與齒輪軸的嚙合齒數;(4)指針指示端出現變形。該故障主要是因壓力表的負載壓力變化過大導致,需要拆開壓力表更換指針;(5)工作一段時間后內部腔體被阻塞,需要清理通道。
             
            3.2 指針的指示端處于零位止擋銷之后
                     壓力表在工作一段時間后會偶發指針指示端位于表盤內零位止擋銷以后的現象。該故障主要是由于壓力表的指針與刻度盤間距過大或者指針強度不夠,當壓力表出現劇烈振動時指針跳過止擋銷,跳到止擋銷之后并無法自行復位。解決辦法為:輕輕拆開壓力表保護蓋,將指針抬起撥至零位止擋銷處,調整指針與刻度盤之間的距離,避免同樣故障的再次發生。
             
            3.3 輕敲壓力表時位移超過允許誤差
                     有些壓力表在增壓減壓過程中,輕輕敲擊外殼壓力表指針出現擺動不止或者擺動量超過示值誤差的絕對值,該類型故障產生的原因及處置措施有以下幾個方面:
            (1)壓力表出廠前裝配過程中初始力矩過小。此時,打開壓力表,調整游絲松緊度,增大壓力表的初始力矩可以解決該問題;
            (2)壓力表長期處于惡劣環境下工作,導致游絲被腐蝕。該故障需要拆開壓力表更換游絲來解決;壓力表在使用一段時間后局部輪齒被磨損。輕微的磨損可以通過調節齒輪間嚙合位置作為臨時措施,若磨損嚴重則需要更換磨損的齒輪;
            (3)壓力表內游絲或者銷釘座脫落,導致壓力表游絲的外圈或者內圈固定圈不受控制。這種情況需要將游絲座或者是銷釘重新裝到初始位置上;
            (4)壓力表的指針和軸套鉚接強度不夠,指針與軸套出現晃動現象或表盤固定螺絲松動。解決措施為,重新擰緊表盤固定螺絲,鉚接指針與軸套之間的連接,解決松動問題;
             
            (5)壓力表內游絲接觸到表內其他零部件或游絲亂圈,導致游絲運動受到限制。這種情況需要重新調整游絲或者消除游絲與相鄰零部件的接觸來解決。
             
            3.4 指針偏轉不平穩
            壓力表出現指針偏轉不平穩的現象一般可分為兩種情況,非常好種是指針運動時存在抖動。出現這種情況的原因可能有兩種:(1)壓力表內扇形齒輪和小齒輪處進灰或者是扇形齒輪歪斜,通過清洗污漬或矯正扇形齒輪可以消除指針抖動;(2)壓力表的指針出現變形導致指針與分度盤接觸,通過矯正指針軸使指針與分度盤不再接觸可以解決該問題;第二種是指針在轉動時存在遲滯并伴有突跳現象。這種問題可能是由以下 5 種原因導致的:
             
                     (1)壓力表內傳動零部件間生銹或者進灰,導致傳動機構卡頓。這時候需要將生銹部位進行除銹處理并清理污漬處,若部分零部件生銹嚴重無法全面除銹則需要更換零部件;(2)壓力表內運動部件配合過緊導致運動不暢。這種情況需要重新調整傳動零部件間的間隙至合適,并添加適量的潤滑劑;(3)壓力表內上下夾板間兩組支承孔同心度差,造成機構傳動性差。這種問題通常是因為表內不同支柱的長度存在差異或者鉚接時引起支柱歪斜所致,可以在支柱處添加墊片使各支柱長度趨同來解決該類問題;(4)表內拉桿兩端小孔和其相連接處配合不當,導致拉桿卡死。這種問題可以通過調整配合,使拉桿恢復靈活來解決;(5)壓力表的輪徑與輪軸同心度差。這種故障一般通過矯正輪軸來解決。
             
            3.5 指針指示失靈
                     彈簧管壓力表在負載情況下,指針失靈一般可分為 3 種情況;非常好種是壓力表在負載情況下不轉動;第二種情況是指針在一定范圍內轉動正常,但在負載壓力接近測量上限的 -¾ 處指針出現卡頓停在某一位置;第三種情況是指針負載后轉動正常,但是在靠近測量上限時撤掉負載后指針無法自行返回。壓力表指針回轉異常的原因和相應的解決措施如下:(1)壓力表的工作環境振動較大,導致彈簧管與拉桿之間連接的銷釘或者螺絲脫落,只要將脫落的銷釘或者螺絲重新進行安裝,然后將彈簧管與拉桿連接在一起,擰緊螺絲即可;(2)壓力表內扇形齒輪與中心齒輪間阻尼過大。一般可通過在支柱上添加墊片來增大齒輪山下夾板之間的間隙來解決該問題。壓力表指針在上限位置 1/3—3/4 處卡的原因可能有 2 種:(1)壓力表內傳動部件生銹,可將生銹零件進行更換來解決該問題;(2)壓力表內齒輪嚙合處出現嚴重磨損,導致齒形改變。這種故障一般會導致其他零部件受損,需要在磨損的齒輪處細致的檢查并更換所有磨損的零部件;壓力表撤掉負載后指針無法回位的問題通常是由于壓力表外殼直徑過小或者壓力表內構件過于緊湊導致。在長時間不斷變化的負載作用下,彈簧管會出現不可逆的變形,導致彈簧管管端非常大位移被殼體內壁限制,需要將變形的彈簧管更換掉。
             
            3.6 無法保壓
                     壓力表無法保壓一般存在兩種表現形式,非常好種是當壓力表的負載穩定時,示值無法穩定,指針示值逐漸下降;第二種是壓力表在負載作用情況下,突然出現指針示值下降的情況。出現非常好種情況的原因以及解決措施有以下 4 種:(1)壓力表的檢測介質具有腐蝕性,使得彈簧管被腐蝕出現裂紋等進而造成壓力表密封性不良,導致壓力出現下降,需要更換同種尺寸并且具有良好耐腐蝕性的彈簧管;(2)壓力表在變化的載荷環境下工作,使得彈簧管出現疲勞性裂紋或者彈簧管兩端出現滲漏,需要更換損傷的彈簧管或者對滲漏處進行補焊;(3)壓力表機座在鑄造時存在沙眼、夾雜等生產缺陷,經過長時間的變化載荷作用后出現滲漏,需要更換規格相同的機座或者在缺陷處進行補焊措施;(4)壓力表機座與其連接管之間的螺紋連接不良,導致密封性不佳,需要在螺紋連接處加密封劑或者密封圈,并確認螺紋有足夠的預緊力。第二種現象一般出現在鋼制的彈簧管壓力表中,有以下兩種可能的原因:(1)壓力表彈簧管本身存在質量問題,在負載正常的情況下出現裂紋甚至破裂;(2)壓力表量程選擇不當。若選擇的壓力表量程接近被測介質的負載壓力,造成壓力表長時間處于滿載狀態甚至存在過載情況而引起彈簧管疲勞破壞。這時需要更換同規格的彈簧管,需要注意的是在進行壓力表的選擇時,需要預留測量余量,避免壓力表滿載或者過載情況的發生。
             
            3.7 機座螺紋無法擰緊
                     壓力表機座與其相配合的管道進行連接時,無法擰緊或者密封性能不達標而出現泄漏現象。這種故障一般是由于機座上螺紋和與其相連接的管道上螺母螺紋不匹配造成的。在進行裝配時需要注意檢查螺紋連接處牙距是否一致、螺紋是否完整。輕微的螺紋損傷可以進行適當的返修,無法返修的需要進行更換。
             
            4 彈簧管壓力表的計量檢定與維護
                     彈簧管壓力表在使用過程中,除了要了解常見的故障及其解決措施以外,還需要注意日常的檢定與保養維護。
             
            4.1 彈簧管壓力表的計量檢定
            4.1.1 檢定前準備工作
                     進行壓力表的檢定前,需要先檢查測試環境的溫濕度,保證測試環境符合規范要求,并需要防止外界的腐蝕性氣體的干擾。檢定工作臺上需要鋪橡皮圈,然后放置好檢測器。油杯中要事先注滿傳壓介質,來對校驗器的管路進行清洗,測試的油路要進行接頭、墊片等部位的全面檢查,確保無變形、破損等情況存在。標準壓力表和被校準壓力表在安裝時,要注意表盤朝向一致,表盤中心高度相同,并與水平面相垂直。
             
            4.1.2 選型原則和檢定方法
                     由于彈簧管壓力表結構較為簡單,價格低廉,使用時可以直接通過壓力表表盤讀出被測系統的壓力,因而在生產生活中得到了廣泛的應用。但是,工作環境、安裝方式以及操作人員的技術水平會對壓力表的精度和使用壽命造成較大影響,所以需要對壓力表的選型,安裝和操作進行嚴格的規范。進行壓力表的選型時、要注意所選壓力表的量程應當為被測系統非常大壓力的1.5~3.0 倍,表盤直徑大于 100 mm 時,需要在刻度盤上用顯眼的顏色標記出壓力警戒線。
             
            4.1.3 壓力表檢定
                     對于普通企業中使用的壓力表,使用單位可根據國家規定和行業準則,結合自身情況由企業內部質量部門進行校驗,或者是根據國家標準和要求,委托具有相關資質的第三方檢測機構進行壓力表的校準和審核。通常情況下,所有壓力表都需要按照一定的周期進行相關的校準和檢定,檢驗其測量精度是否符合使用要求,對于檢定合格的壓力表張貼檢定機構的合格字樣標簽。
             
            4.1.4 壓力表的校準
                     (1)外觀檢查。壓力表進行校準時,首先應該檢查壓力表的表盤、指針、刻度盤、標識等,檢查完畢后對檢查結果進行真實記錄,然后與合格標準進行對比以確定其是否合格。尤其要檢查壓力表的零位誤差是否符合要求。(2)示值誤差檢定。在進行壓力表的升壓、降壓檢定時,需要對比壓力表的顯示讀數、刻度線讀數與標準壓力表讀數的差值。檢定時,要注意保持升壓和降壓過程的勻速,待指針穩定后視線與指針保持水平進行讀數。(3)真空檢定。首先要保證真空檢定器是經過質檢合格的,檢定時將待檢壓力表與標準壓力表同步放置在真空環境中,間隔一段時間后記錄檢定結果。
             
            4.2 彈簧管壓力表的維護
                     壓力表的使用范圍越來越廣,檢測壓力和檢測介質也各不相同。選擇壓力表時,首先應該確定待測介質的量程需要。為了保護彈簧管壓力表內彈性元件的形變量不超過允許要求,在彈性形變量內穩定可靠的工作,必須預留足夠的量程余量,當待測壓力波動不大時,系統非常大壓力不能超過壓力表量程的 3/4;當待測介質壓力波動較大時,系統非常大壓力不能超過壓力表量程的 2/3。此外,為了保證測量精度,待測壓力不應低于壓力表量程的 1/3。量程選擇過小可能會造成表內元件受損。為了保證壓力表持續穩定的工作,需要在使用時注意以下 7 個方面:(1)壓力表接入管路后初次使用時,應該緩慢打開管路的通斷閥門,避免壓力表受到突發的沖擊;(2)使用過程中做好點檢工作,維持壓力表的清潔和完整度;(3)當測量介質有腐蝕性時,應在壓力表處設置隔離裝置,保護壓力表接頭盒彈簧管不受腐蝕;(4)當待測介質脈動頻繁的時,需要預裝阻尼裝置反向補償沖擊來保護壓力表不被損傷;(5)對于有電信號反饋的壓力表,需要定期測試電信號的靈敏性;(6)當壓力表在使用過程中出現輕微的指針跳動或者示值誤差、指針不回零或者指針旋轉卡頓時,需要及時進行全面的檢查和維護保養,避免壓力表帶病工作,防止小毛病發展成大問題。壓力表維修后需要再次進行檢定和校準,校準合格后方能投入使用。(7)壓力表出現故障時,嚴禁非專業人員進行拆卸和維修。
             
            5 結語
                     現代社會中,壓力表的使用越來越多,很多監測領域都需要依靠壓力表進行壓力參數的監控。本文就彈簧管壓力表的結構、日常使用維護、檢定和常見故障以及故障排除方法進行了詳細的介紹,旨在為壓力表使用和維護人員提供參考,當壓力表出現故障的時候,可以及時地查找故障原因并進行故障排除,恢復壓力表功能,保證壓力參數的監控需要。

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