液压脉冲综合检定装置的设计与开发

吴春梅，刘开绪，侯新宇，张为民，董鹏，李博，张占胜，谭淑梅

（1.大庆师范学院 机电工程学院，黑龙江大庆，163712；2.大庆黑帝庙稠油试采技术开发有限公司，黑龙江大庆，163712；3.西南油气田分公司蜀南气矿，四川泸州，646000；4.大庆油田技术监督中心，黑龙江大庆，163712）

0 引言

根据调研了解，对于抗（耐）震压力表的检测装置的研究开发，在国内外均没有广泛开展，在2009年由北京斯贝克公司生产了一台SPMK991Z耐抗振压力表校验台并申请专利，在西安市高精密仪表厂生产了一台耐震压力表检定台，同时查阅文献在大科技期刊的2011.02期发表文章耐震压力表的技术规范及测试方法一文中介绍了压力表的特性及工作原理，并从外观、耐震性等方面阐述了压力表的一些技术要求，并说明了测试的过程和方法。在2013年仪表电气期刊中由张闯发表了一篇耐震压力表检定系统的分析，在文中介绍了耐震压力表系统的组成，测量范围为0～100MPa，同时采用PID算法闭环控制比例溢流阀，开环控制电机采用摄像头实时采集压力表示数。现在我所现使用的就是由北京斯贝克公司生产的产品，但由于开发存在问题，设备不能满足规范要求，从技术角度已经落后，其他科研单位和行业厂家现有开发此项目技术都差不多，都不能满足现在油田上要同时自动检定多块抗震压力表的需要，都无法实现信息及时传输、数据共享等要求，故立项研究开发抗（耐）震压力表的检测装置是必要的。

1 整体设计

1.1 三维振动台的设计

为了产生振动，设计独立于造压装置之外的三维振台，液压连接采用超高压软管连接，振台的振动频率和振幅可调，电参数进测控系统与压力信号同步获取记录，保证各参数可追溯。按照用户对振动台的要求：振动频率10Hz～60Hz,振幅0.15mm，可同时进行X、Y、Z三个方向的振动测试。通过AC-DA-AC二次变换技术实现振动频率可调。

为了产生振动，设计独立于造压装置之外的三维振台。图1是三维震动装置模型，任务落实后需要与压力表座、脉动源结合进行整体设计。

图1 三维振动装置

最终达到的技术指标如表1所示。

表1

三维振台与液压测试数据连接采用超高压软管连接，振台的振动频率和振幅可调，电参数进测控系统与压力信号同步获取记录。

1.2 高压脉冲及低压脉冲装置

高压脉冲装置和低压脉冲装置采用气驱液方案基于力平衡控压原理，采用气体当做驱动源，同时采用大变比活塞，实现了高低压的检测。

(1)预压过程：保持电动截止阀9开启状态，关闭泄压阀10，启动预压液泵7，系统开始升压，当压力接近第一个鉴定点时关闭电动截止阀9，即完成预压过程。液体过滤器8对液体介质如变压器油进行过滤。

(2)加压和检定点控制过程：开启进气电磁阀3，气体进入增压缸前端，系统开始升压，通过进气电磁阀3和排气电磁阀4配合动作实现压力鉴定点的控制。

(3)降压和检定点控制过程：开启排气电磁阀4，气体流出增压缸前端，系统开始降压，通过进气阀3和排气阀4配合动作实现压力鉴定点的控制。

图2 气驱液原理图

(4)泄压过程（零点检定）：开启电动截止阀9和泄压阀10系统与大气连通，实现零点检定。

若二次增压采用步进电机或伺服电机驱动方案，可以省去气源等，接通电源即可工作，方便于使用。与气驱相比，造压的工艺管路不同，多块仪表同时检定需要考虑缸体和压力管路容积，可以提高预压压力或考虑增压双缸并行工作等方案，提高造压速度，同时考虑0.6MPa压力的稳定控制。

气源进气有过滤器、排气有消音器，油路上也设有过滤器。振动台部分设有减震垫，以减小噪音的产生和外扩。

在测试过程中，脉动压力参数、振动参数实现精确设置，并且可以溯源。

振动频率、振动幅值、振动方向参数可调节显示，具备定频、扫频、频率参数、三维振幅显示，录入校准数据表格保存功能等自动功能和手动功能。脉动压力参数以波形或数据表格的格式显示并保存，可溯源。

1.3 自动控制调节系统

自动控制核心部件压力控制器实现造压单元压力产生执行机构的控制信号、振台参数调节信号，及标准压力模块和被检压力表/压力传感器测量值、振动参数等信号的测量和处理，并形成闭环控制，以获得稳定的压力、振动等参数。图4为控制框图。

图3 脉动参数、振动参数可溯源

图4 控制框图

控制单元相应处理后的上位机指令，在升程检定中完成预压和增压控制所需要的各种信号，在回程检定中完成泄压和机构回原位控制所需要的各种信号。

造压模块单元包含执行元件和测量显示仪表，与控制单元信号构成闭环控制。其中，集线器完成各路信号的汇总，然后由32位单片机构成的核心控制模块负责处理各路信号，最后通过无线发送模块发送给上位机。

振台组件由震源、脉动源和仪表组成，产生振动、脉动所需参数，参数传给集线器。

无线发送模块采用WIFI信号将控制模块送来的信号向上位机发送，使得上位机与检定装置之间通过WIFI无线信号连接。

1.4 软件

为了满足检定软件方便易用，具有图像处理系统，对被检仪器仪表进行信息化管理的要求，将被检测的压力表安装在摄像头下，将检测数据传输给电脑并在电脑上显示出来。

(1)检定软件能够满足抗（耐）震压力表、普通压力表、压力变送器、压力控制器等压力仪表的检定需要。

(2)检定软件能够与中心信息系统进行互联互通，能够实现电子记录直接通过中心信息系统出具检定证书。

(3)检定软件方便易用，具有图像直观显示功能，对被检仪器仪表进行信息化管理。

(4)检定软件能够实现联机操作，共用一套数据库，信息数据能在多个客户端进行同时使用。

(5)中心信息系统从接收室录入的仪表基础信息能够被检定软件自动录入，检定员只需进行检定数据采集录入，数据计算处理及检定结论均由检定软件完成，检定员只需确认打印证书，证书信息直接传输到中心信息系统进行证书打印。

(6)检定软件具有同时检定录入多块仪表的检定信息功能，满足同时检定多块仪表的需要。

软件设计流程图如图5所示。

图5 软件流程图

上位机配以对应的无线路由器，以接收检定装置发送来的数据信息，上位机软件按照规则处理对应的数据。同时，上位机软件自动完成检测数据的误差处理、分析，并给出测试报告。图6是上位机软件的界面截图。

图6 检定软件界面

2 测试数据分析

(1)液体增压器、连接台、连接管路外观及各灵活性检查（见表2）。

表2

(2)液体增压其、连接台、连接管路输出回路和密封性试验（见表3）。

表3

(3)液体增压其、连接台、连接管路输出回路和密封性试验（见表4）。

表4

3 结语

液压脉冲综合检定装置采用压力检测装置在脉动作用下对耐震压力仪表进行检测，测试结果能清晰在电脑屏幕上显示，同时压力装置和振动装置采用高压软管连接，整个测试系统包括两个部分，即压力测试部分和振动部分，实现了测试过程中检测结果不受振动影响，同时检测结果有显示，振动幅度有溯源，压力仪表安装和拆卸方便，同时检测该装置可实现4台测量范围在100MPa内的压力仪表的自动批量检定，此外创新实现压力变送器的批量全自动检定，使其检定效率提升了500%，进一步提升了压力实验室的自动化、数字化、信息化程度。