摘 要 壓力儀表是油田生產(chǎn)中常見(jiàn)的一種儀表，壓力儀表測(cè)量所得的數(shù)據(jù)可為油田生產(chǎn)發(fā)展提供依據(jù)，因 此，做好壓力儀表在油田中的應(yīng)用工作，提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性必不可少。在研究過(guò)程中，首先對(duì)壓力儀表相關(guān)的技術(shù)和概念做出簡(jiǎn)要介紹，并以彈簧管壓力表為例，重點(diǎn)對(duì)壓力儀表在油田中的應(yīng)用以及如何提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行研究，使壓力儀表在油田實(shí)際生產(chǎn)中得以準(zhǔn)確、有效地應(yīng)用。

 

    引言

    近些年來(lái)，壓力表行業(yè)的發(fā)展變化非常巨大，壓力表的種類也由原來(lái)單一的一般壓力表向多品種、多用途、新工藝、新材料等 方 向 發(fā) 展。壓力表被廣泛應(yīng)用于油田企業(yè)各領(lǐng)域之中，尤其是在油田工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，壓力值與溫度值、流量值均屬于重要的控制參數(shù)。但 伴 隨 著 壓力儀表的不斷更新?lián)Q代，對(duì)其應(yīng)用的要求也在不斷提升，如何保證壓力儀表在油田應(yīng)用過(guò)程中的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，值得人們深 思。因 此，本 文 以 典 型 的、常 用 的 彈 簧 管壓力表為例，對(duì)其具體應(yīng)用以及如何提高其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行重點(diǎn)探討。 

 

    １壓力儀表相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

    １．１ 相關(guān)概念

    １．１．１ 一般壓力表

    一般壓力表通常是用于測(cè)量對(duì)銅以及銅合金不起腐蝕作用 的 氣 體、蒸汽和液體的儀表，其非常高精度可達(dá)１級(jí)。 

 

    １．１．２ 精密壓力表

    精密壓力表主要指的是精度在 ０．４ 級(jí) 以 上（含 ０．４級(jí)）的壓力表。精密壓力表能夠當(dāng)作檢定一般壓力表的一種標(biāo)準(zhǔn)器［１］。 

 

    １．１．３ 壓力表精度等級(jí)

    壓力表精度等級(jí)主要指的是非常大基本誤差同測(cè)量上限之間的比值對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。 

 

    １．１．４ 誤差

    誤差指的是測(cè)得的值或測(cè)量結(jié)果與客觀真值存在差異，所產(chǎn)生的這種差異在數(shù)值表現(xiàn)方面即可稱為誤差［２］。 而測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的誤差主要是測(cè)量結(jié)果同其真值之差，也叫絕對(duì)誤差。 

 

    １．１．５ 修正值

    修正值主要指的是數(shù)值大小同誤差相同且方向相反的值，即“修正值＝－誤差”或“修正值＝真值－給出值”。

 

    １．１．６ 允許基本誤差

    允許基本誤差主要指的是彈簧管壓力表在常規(guī)條件下使用后所出現(xiàn)的非常大誤差。 

 

    １．１．７ 準(zhǔn)確度等級(jí)

    準(zhǔn)確度等級(jí)主要是指允許基本誤差絕對(duì)值同壓力表測(cè)量范圍之間的比值所對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。 

 

    １．１．８ 壓力表檢定

    為了使壓力表量值準(zhǔn)確度得到保證，從 而 實(shí) 現(xiàn) 指 示正確、運(yùn)行安全可靠的目的，通常要將壓力表實(shí)施周期檢定。

 

     １．２ 壓力儀表的分類、工作原理及構(gòu)成

     １．２．１ 壓力儀表的分類

    （１）按照彈性元件方面存在的差異，可將壓力儀表劃為 Ｃ 形彈簧管壓力表、膜盒壓力表、螺旋彈簧管壓力表、膜片壓力表以及波紋管壓力表５種，如圖１所示。

 

 

 

    （２）按照儀表用途方面存在的差異，可將壓力儀表劃分為一般用途壓力表及特殊用途壓力表。其 中，前 者 主要包含一般壓力表、氨壓力表、氧壓表以及電接點(diǎn)壓力表等；后者主要包含 防 腐 壓 力 表、隔 膜 壓 力 表、耐 振 壓 力 表以及膜盒壓力表等。 

 

    （３）按測(cè)量壓力大小方面的差異，可將壓力儀表劃分為微壓表、超高壓表、高壓表、中壓表以及低壓表５種，其具體測(cè)量范圍如表１所示［３］。

 

 

 

    （４）按精度等級(jí)方面的差異，可將壓力儀表劃分為一般壓力表以及精密壓力表。其 中，前者精度主要包含４ 級(jí)、２．５級(jí)、１．６級(jí)以及１級(jí)；后者精度主要包含０．４級(jí)、０．２５級(jí)、０．１６級(jí)以及０．１級(jí)。 

 

    （５）按照安裝方式方面的差異，可將壓力表劃分為盤(pán)裝連接壓力表、螺紋連接壓力表、夾子式連接壓力表以及法蘭連接壓力表４種。 

 

    １．２．２ 一般壓力儀表的工作原理

    一般壓力儀表的工作原理主要是彈簧管在受到壓力以及真空的條件下，形成彈性變形進(jìn)而導(dǎo)致管端位移，其產(chǎn)生的位移經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（主要是機(jī)芯和連桿）實(shí)現(xiàn)放大，并向指示裝置傳遞，再通過(guò)指針在儀表盤(pán)上部產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而指示出相應(yīng)的壓力值［４］。 

 

    １．２．３ 一般壓力儀表的構(gòu)成

    一般壓力儀表通常由接頭、封口片、彈簧管、機(jī)芯、指 針、連桿、表盤(pán)、表殼、罩圈、襯圈、表玻璃等零件構(gòu)成。在壓力儀表中，其關(guān)鍵零部件為彈簧管、接 頭 以 及 機(jī) 芯，如 圖２所示。

 

 

 

    ２  壓力儀表在油田中的應(yīng)用

    從上述內(nèi)容可以了解到，壓力儀表的種類繁多，本文將以彈簧管壓力表為例，對(duì)其技術(shù)應(yīng)用做進(jìn)一步探討。 

 

   ２．１ 彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)

    彈簧管壓力表的主要結(jié)構(gòu)即為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧管、表殼以及指示機(jī)構(gòu)，氧氣表、一般壓力表以及真空表等均在此類儀表范疇之中。 

 

    ２．２ 如何選擇壓力表測(cè)量上限

    壓力表在１／３量限之下的部分，因相對(duì)誤差比較大，故不適合在實(shí)際生產(chǎn)中使用；壓 力 表 在３／４量 限 之 上 的部分，若對(duì)其長(zhǎng)時(shí)間使用，則會(huì)造成彈簧管過(guò)早出現(xiàn)蠕變或是殘余變形，從而使儀表精度降低，所以也不適合在實(shí)際生產(chǎn)中使用。故壓力表的非常佳使用范圍是測(cè)量上限的１／３～３／４。在對(duì)壓力表的測(cè)量上限進(jìn)行選擇時(shí)，可 依 據(jù)以下公式來(lái)完成計(jì)算：

 

    壓力表測(cè)量上限＝被測(cè)非常大壓力值×（４／３） 

 

    ２．３ 如何選擇一般壓力表的精度

    對(duì)壓力表精度做出選擇通常有兩種方法：其 一 為 經(jīng)驗(yàn)或習(xí)慣方法；其 二 為 計(jì) 算 方 法。以儀表測(cè)量過(guò)程中允許的非常大絕對(duì)誤差值為根據(jù)來(lái)對(duì)儀表選擇等級(jí)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

 

 

    ２．４ 彈簧管壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)允許基本誤差的計(jì)算

    現(xiàn)階段，經(jīng)常使用的一般壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)及允許基本誤差見(jiàn)表２［５］（依據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程）。

 

 

    ３如何提高壓力儀表測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

    ３．１ 測(cè)量及測(cè)量誤差

    測(cè)量主要指的是為了使被測(cè)對(duì)象的量值得到確定的所有操作。壓力表在進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，由于測(cè)量方法的不完善、測(cè)量工具 的 不 精 確，測(cè)量過(guò)程中受條件的波動(dòng)、測(cè)量者認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)的限制以及操作方法不當(dāng)?shù)仍�因影響，不可避免地造成測(cè)量結(jié)果與測(cè)量真實(shí)值之間存在一個(gè)差值，這個(gè)差計(jì)通常成為測(cè)量誤差。測(cè)量誤差通常用 ΔＸ 表示，其表達(dá)式如下：

 

    ΔＸ ＝Ｘ －Ｘ０ 

 

    式中，ΔＸ 表示測(cè)量誤差；Ｘ 表示測(cè)量結(jié)果；Ｘ０ 表示被測(cè)量的真實(shí)值。

 

    測(cè)量誤差 ΔＸ 有大小及正負(fù)之分，同時(shí)也有單位。測(cè)量誤差的大小以及正負(fù)分別表示測(cè)量值偏離真實(shí)值程度以及方向，而誤差的廣義概念則可認(rèn)為是偏離真值的給出值同真值之間的差，即：

 

    絕對(duì)誤差＝給出值－真值

 

    測(cè)量誤差依據(jù)性質(zhì)劃分可分為系統(tǒng)誤差、隨 機(jī) 誤 差以及粗大誤差。系統(tǒng)誤差示值大小直接影響著測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，故在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)該盡量對(duì)所有可能形成系統(tǒng)誤差的因素進(jìn) 行 評(píng) 估，并創(chuàng)造條件盡量避免或是減少系統(tǒng)誤差。 

 

    ３．２ 如何利用修正值

    修正值是為了消除系統(tǒng)誤差、提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性而使用的，其大小與誤差絕對(duì)值相等，方向與誤差相反。修正值又稱更正值 或 校 正 值，是測(cè)量中常用的一種誤差表示方法，通常用符號(hào)Ｃ 表示，其表達(dá)式為

 

： Ｃ ＝Ｘ０ －Ｘ ＝－ΔＸ 

 

    ３．３ 實(shí)際值測(cè)量

    在量值傳遞中，某一儀器的修正值是用上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器檢定后給出 的。比較準(zhǔn)確的儀器常以表格、曲 線 或公式的形式給出。在對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可 通 過(guò) 測(cè) 得 結(jié)果同已知修正值之間相加，從而得出被測(cè)量的實(shí)際值，也就是： 

 

    Ｘ０ ＝Ｘ ＋Ｃ 

 

    所以在進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，壓力測(cè)量值加上修正值后就可以認(rèn)為是真實(shí)值，這基本消除系統(tǒng)誤差的影響，從而提高了壓力表測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但在測(cè)量中利用修正值時(shí)，必須在儀器檢定的有效期內(nèi)使用，否 則 應(yīng) 重 新 檢定。因絕對(duì)誤差不能夠確切地反映出測(cè)量的精密度和準(zhǔn)確度，只有相對(duì)誤差能夠反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度，現(xiàn)以儀表相對(duì)引用誤差為例給出計(jì)算公式：

 

 

    式中，Ｘｍ 代表儀表的測(cè)量上限值，其性質(zhì)如下： 

 

    （１）相對(duì)誤差是通過(guò)百分?jǐn)?shù)來(lái)進(jìn)行表示的，它屬于一個(gè)比值，也是一個(gè)無(wú)名數(shù)，其數(shù)值大小同被測(cè)量單位之間沒(méi)有任何關(guān)系。 

 

    （２）它能反映誤差大小和方向。 

 

    （３）它能夠確切反映測(cè)量精確度。 

 

    ３．４ 提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法以及程序

    根據(jù)上述內(nèi)容，壓力表在油田應(yīng)用以及提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的方法大致歸納為以下幾個(gè)方面： 

 

    （１）在使用壓力表進(jìn)行油田各領(lǐng)域壓力測(cè)量時(shí)，都應(yīng)該遵循以上所述原則、程序。

 

    （２）需要得知被測(cè)值壓力大小，從而正確選擇壓力表的使用范圍和精度，了解壓力表允許使用誤差范圍。 

 

    （３）在實(shí)施數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，因測(cè)量技術(shù)受現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平以及人的生理?xiàng)l件等因素的制約，不 可 能 做到盡善盡美，所以測(cè)量結(jié)果同真值之間會(huì)存在一定的差值，也就是誤差。誤差主要包括環(huán)境誤差、設(shè) 備 誤 差、方法誤差以及人員誤差等，應(yīng)該以客觀原因?yàn)楦鶕?jù)，對(duì)誤差來(lái)源做出具體分 析。總而言之，在確定測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度時(shí)，必須全面分析以上誤差，盡量做到不重復(fù)、不遺漏，從而使誤差得以減小或消除。如果系統(tǒng)誤差能夠使用校驗(yàn)儀表來(lái)求得與該誤差相應(yīng)的校正值，并加至測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行消除，那么就能得到測(cè)量結(jié)果真實(shí)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儀表測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的提升。 

 

    ４ 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述，在油田生產(chǎn)中，壓力儀表已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，但壓力儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與油田生產(chǎn)的效率、質(zhì)量息息相關(guān)，故本文以彈簧管壓力表為例，對(duì)壓力表在油田中的應(yīng)用進(jìn)行 了 分 析，并對(duì)如何提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性做出進(jìn)一步的 探 討，得出提升壓力儀表測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法，希望能夠?yàn)閷?shí)際測(cè)量工作提供一些借鑒。