全自动压力表、压力变送器一体化检定装置的研究与实现

2021-11-28谢祥吉伟杨杰徐玲

中国科技纵横 2021年16期

谢祥吉伟杨杰徐玲

（安徽省滁州市技术监督检测中心，安徽滁州 239000）

0.引言

“活塞压力计”“手动压力源+标准器”在压力表、压力变送器检定中的应用较为广泛，但由于涉及高频率更换砝码、大量处理数据等工作内容，这类检定装置存在一定缺陷。为保证检定装置更好用于压力表、压力变送器检定，提升检定效率和质量，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1.问题分析

压力表、压力变送器检定需要得到活塞式压力计、手动压力泵等“压力源”支持，手动压力泵对液体或空气的压缩通过增压方式实现，增压时被压缩的工作介质能够吸收能量，需要耗费较长时间稳定压力，这会影响检定工作效率。对于存在较快压力稳定速度的活塞式压力计来说，其需要进行砝码的频繁更换，存在较大工作强度。此外，检定数据处理同样属于压力表、压力变送器检定面临的难题，主要涉及检定数据记录、各项指标计算、检定证书中数据录入等工作内容，由于处理检定数据需要大量耗费时间，这就使得检定工作效率进一步下降。为解决传统压力表、压力变送器检定存在的问题，需从快速增压和稳压、高效处理检定数据等方面入手，设法提升检定工作效率和质量[1]。

2.全自动压力表、压力变送器一体化检定装置设计

2.1 一体化检定装置构成

本文设计的全自动压力表、压力变送器一体化检定装置由四部分组成，包括预压系统、增压系统、高压电磁阀、内置软件。预压系统设计选择液体压缩方式形成压力，设计过程需考虑容积大小不一的压力表、压力变送器腔体容积，压力表腔体预先充满装置属于其中的关键，这关系着预期压力能否由充足液体量达成，为解决“充油”问题，具体采用“多次充油”设计。结合“打气筒”原理，预压系统通过步进电机吸入介质、拉出活塞，向压力仪表腔体推进活塞充入介质，即可在多次推进下到达“预压压力值”，该值需通过软件设置；增压系统需保证压力稳定和可控，为兼顾可控性和大压力产生，压力控制由步进电机负责。对于非线性的液体压缩压力变化，设计过程通过试验总结压力变化规律，步进电机步长通过相应算法和软件控制，最终实现压力控制。具体需要对介质在压力变化过程的“压缩比”进行计算，以此实现压力稳定性控制，为保证压力变化值快速准确获取，需同时设置压力测量模块，模块负责对压力变化模拟量进行采集，未得到电路处理的压力值呈现无延迟、响应快的特点，能够得到准确压力变化量，准确“压缩比”也能够同时获取。两个压力值的变化量及变化规律可通过“压缩比”明确，以此对步进电机每动一步变化的压力量进行计算，在软件支持下可结合压力量变化对电机动作大小进行控制；高压电磁阀负责在密封腔体中持续压缩液体，考虑到现阶段市场上缺乏60MPa以上耐压的小型电磁阀，本文设计专门研发了能够满足一体化检定装置需要的小型高压电磁阀。高压电磁阀参照手动压力源出油单向阀设计，采用相同的阀芯结构及常闭的工作模式，高压电磁阀工作时常闭，仅在0压下打开；内置软件负责一体化检定装置的控制和数据处理，控制对象包括2个电磁阀、2套增压系统及多路数据信号及反馈处理，在顺序和算法上要求严格，结合检定规程要求设计软件的数据采集、计算、处理及报告格式，能够自动完成以往大量人工工作，大幅提升压力表、压力变送器检定效率[2]。

2.2 一体化检定装置细节设计

为设计全自动压力表、压力变送器一体化检定装置，需把握以下几方面细节：第一，预压系统结构设计。对于设计确定的预压系统结构，考虑到预压系统需要得到1.6MPa压力并解决“充油”问题，因此设计增压系统的框架结构由42步进电机驱动组成，以此对增压活塞尺寸开展计算，结合被检压力表腔体容量，完成预压活塞长度计算，活塞尺寸及实际长度需严格通过试验验证确定；第二，增压系统结构设计。一体化检定装置采用小型化整机布局，以86步进电机驱动为增压电机，具体框架结构与预压系统相同，为达到60MPa的电机推力及整体要求，完成活塞尺寸计算，相应尺寸和长度同样需要通过试验验证确定；第三，高压电磁阀结构设计。选择手动压力源出油单向阀结构作为高压电磁阀结构，需配合电磁线圈使用，因此需科学设计磁芯罩、弹簧、磁芯尺寸；第四，控制电路设计。一体化检定装置整体设置有压力测量模块1个、电磁阀2个、步进电机2套、限位开关4个，这些部件需要通过电路板连接，并设法与上位机实现通讯，通过电路板，上位机软件能够对部件动作进行控制，具体采用高集成、小型化、防干扰的线路板设计；第五，整机布局。选择台式箱式结构进行一体化检定装置设计，集成有工业触摸电脑，规格为14寸，箱体内各部件位置按照电路板、电源电磁阀、预压、增压等部件尺寸进行科学规划；第六，整机装配设计。在组装各部件后，需对整机耐压及密封性进行测试，满足设计要求；第七，软件控制部分联调。为实现压力稳定和控制，软件控制需结合“压缩比”完成步进电机动作值计算，电机动作由电机驱动器控制，压力稳定控制可由此实现，需开展反复试验和验证完成联合调试，同时需结合压力仪表检定规程做好软件数据处理[3]。

2.3 创新点及推广价值

本文设计的全自动压力表、压力变送器一体化检定装置主要存在以下几方面创新点：第一，“循环式”充油设计。该设计能够向被检压力表腔体多次充灌液体，使输出压力更加稳定，一体化检定装置因此具有更强适用性；第二，维护和修理难度较低。通过综合应用机械、电子、软件技术，装置存在较低维护难度，通过软件后台查询各电子部件工作状态，即可实现故障点快速判定；第三，软件集成。依托工业触摸电脑和Win7系统，以及检定数据处理、压力控制软件，装置能够实现远程调试、维护，设备工作状态的实时查看也能够在互联网支持下实现；第四，高效高质。一体化检定装置能够对两块同量程压力表开展同时检定，检定过程可自动录入数据和计算指标，判定结果也能够自动给出，最终完成检定记录和证书的自动打印；第五，全自动化检定。压力变送器检定可在装置支持下实现全自动化，将装置与压力变送器连接后，装置可基于目标压力值自动升降压及稳压，压力变送器显示的输出电流也能够自动读取，之后对各项指标自动计算即可获得判定结果，最后完成检定记录及证书打印；综合分析可以发现，全自动压力表、压力变送器一体化检定装置具备（0～60）MPa造压范围，由全自动压力发生器一台和数据处理软件组成，具备0.05级测量精度及满足检定规程要求的压力波动度，在电力、军工、冶金、化工、计量机构等领域均具备较高推广价值，市场需求潜力巨大。