差压传感器检定装置的研究与探讨

摘 要：差压传感器是应用于煤矿井下风机、通风巷道、环保除尘环境等场所，用来测量压力差值的计量器具，应用极其广泛。本文从差压传感器的测量参数和检定方法入手，设计和研究满足不同测量范围要求的差压传感器检定装置，探讨微差压传感器检定过程中微压的实现方法，希望为差压传感器检定工作的开展和检定装置的研发予以技术支持。

关键字：差压传感器，微压，检定装置

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.033

1 差压传感器

气压是工业生产活动和日常生活中常用的物理量之一。差压传感器是可以将压力信号转换成模拟信号或数字信号，并具有压力值实时显示、超限声光报警、频率信号输出等功能的计量器具，被广泛安装在生产和生活领域的固定场所。其主要用于测量煤矿井下风机、风门密闭、通风巷道，以及医药企业的环保除尘设备、电子企业洁净室、洁净厂房等场所的环境差压[1]。

差压传感器作为煤矿安全生产和计量管理重要的计量器具，压力量值的准确与否直接关系到采矿人员的生命是否安全和科研生产能否顺利完成[2]。差压传感器主要用于气体的压力测量，其工作原理是通过采集头取得差压后，通过传感器元件将压力信号转换为相应的电信号，经过单片机处理后分配给各单元，最终通过显示屏显示压力值，输出模拟信号或数字信号[3]。

本文以科学性、合理性、先进性、实用性为出发点，参照国家颁布的JJG 860—2015《压力传感器（静态）》等规程或规范，对差压传感器和微差压传感器检定装置的研制进行了讨论。

2 差压传感器示值误差检定方法

根据国家颁布的JJG 860—2015《压力传感器（静态）》检定规程，可以选择温度在15～35℃，湿度在45%RH～75%RH的稳定环境中开展检定工作[4]。检定工作开展前，要先將差压传感器放置在上述稳定环境中2 h以上，差压传感器与检定装置连通后，通电预热要30 min以上。

检定过程中要从下限开始，输入检定点的压力信号，读取并记录传感器的显示值或输出信号值，当到达仪器上限值并产生明显波动时，再反方向改变压力信号到各检定点，直至下限值，读取并记录传感器的显示值或输出信号值，此为一次循环检定。为确保数据准确可靠，建议采取3次循环检定的方式，且输入压力信号时要尽可能平稳，避免输入压力信号的过程出现超调或者回调现象。

为确保检定工作准确可靠，检定准确度等级低于0.1级（含0.1级）的差压传感器，选取至少包括上限值、下限值在内的6个检定点；检定准确度等级高于0.05级（含0.05级）的差压传感器，选择至少包括上限值、下限值在内的9个检定点。

3 差压传感器检定装置的设计

3.1 发展现状

工作和生产安全至关重要，工作中要定期对差压传感器进行检定，因此，稳定可靠的差压传感器检定装置必不可少。标准压力发生装置是目前国内外广泛使用的差压传感器检定装置，根据发生压力的原理不同，可以分为活塞压力计和自动标准压力发生器2种。活塞压力计因其准确度高、稳定性强的突出优点，被众多检定实验室广泛采用。为了自动检定的工作需要，我国已研制出了自动加压或自动加砝码的全自动活塞压力计，但因其劳动强度大、不方便携带、压力点不连续等原因，使用该压力机在生产和生活领域等固定场所进行差压传感器现场检定工作，仍然存在一定困难[5]。因此研制操作简单、方便携带、便于进行现场检定的差压传感器检定装置成为目前检定工作的重要任务。

3.2 总体设计

根据差压传感器检定装置的工作原理，总体设计图如图1所示。

上述差压传感器检定装置为自动标准压力发生器，主要包含气体输入装置、压力控制装置、气体存储装置和气体输出装置四部分。根据测量范围的不同，差压传感器分为微压、常压、中压和高压差压传感器。气体输入装置输入气体的压力和标准差压传感器的选择要根据工作用差压传感器测量范围来选择，标准差压传感器应该方便更换。

3.3 各部件的功能和作用

3.3.1 气体输入装置

气体输入装置包含气体压力源和过滤器两部分。气体压力源用来给标准压力发生器提供压力充足的气源。压力的选择要根据检定的差压传感器的测量上限值来确定，输出气体的压力要高于其测量上限值。过滤器是为标准压力发生器提供洁净气体源的装置，用来过滤气体压力源输出的气体。差压传感器检定的关键是保持气路顺畅，此装置可防止固体颗粒、杂质等进入气路。

3.3.2 压力控制装置

压力控制装置是对气体压力进行预分压的装置，由前后两个气体阀组共同构成，用于精确调节气体压力并提供合适压力的气源，防止因进气压力较大或者超过量程而对差压传感器造成损害。前面的气体阀组用于控制进入的气体，气容中的气体较多时，可以选择关闭此阀；后面的气体阀组控制排出气体的量，两个气体阀共同配合，直至输出的压力数值大小和精度满足差压传感器各检定点压力的需要。

3.3.3 气体存储装置

气体存储装置包含气容，是用来存储洁净气体的装置，缓冲气体压力源输出的气体压力，减少气体速度对差压传感器检定的影响，从而提升整个检定过程中气体的稳定性。

3.3.4 气体输出装置

气体存储装置包含具有适宜压力气体的输出装置和多余气体的输出装置。适宜压力气体的输出接口连接标准差压传感器和工作用差压传感器两部分。标准差压传感器用于测量输出气体的压力，并向压力控制系统反馈气体压力的电压信号，工作用差压传感器也称被检定差压传感器。溢流阀用于多余气体的排出，减小因气路中气体压力过大而导致标准或者工作用差压传感器特别是微差压传感器等小量程差压传感器因超压而损坏的风险。当气容中气体压力过大时，溢流阀将自动将超出压力的气体泄掉，保证气路中的气体压力适宜。

标准差压传感器、工作用差压传感器和第二个气体阀组采用三通装置进行连接，将适宜的压力分成两路，一路气体进入标准差压传感器，另一路气体进入工作用差压传感器，通过两路气体测量数值之差，得出误差值。为确保数据的准确度，检定过程中三者尽量在同一水平面。

3.4 微差压传感器检定装置的设计

随着科学技术的发展，生产领域中的一些工作场所对差压的控制要求越来越高，一般的差压传感器已经满足不了需要，越来越多的微差压传感器被广泛应用于现代工业生产领域。研制体积小、质量轻、小流量气流稳定的差压传感器检定装置也是今后努力的方向，会对差压传感器的检定工作带来实际意义。

上述差压传感器检定装置虽然可以满足不同量程的差压传感器检定工作，但是为了更准确地输出微压，需要在过滤器与第一个空气阀组之间安装一个截止阀，并且将气体压力源的输出压力控制在0.6 MPa左右，方可将通过标准差压传感器和工作用差压传感器的压力满足所测微差压传感器的量程要求，再通过气体阀组来进一步控制输出压力大小。在检定绝压差压传感器时，只需要在第二个气体阀组后再安装一个截止阀就可以了。为了方便携带，还可以将截止阀设计成旋转阀门，在开展微差压传感器或者绝压差压传感器检定工作时，可以将旋转阀门关闭，否则可以将旋转阀门调整至全部打开状态。

4 结 语

本论文对差压传感器检定装置进行了研究和探索，文中差压传感器检定装置中标准差压传感器可更换，可以满足微压、常压、中压和高压差压传感器不同量程范围的压力参数，只涉及一个气体通道，体积较小，便于携带，满足开展现场检定差压传感器工作，解决了被校差压传感器拆装后再送检的困扰。所以对实验室来说，一套装置就能满足不同测量范围的差压传感器的检定工作，节约成本的同时也提高了检定效率。在有条件的情况下，可以试着将气体压力源换成微型气体泵，将空气阀组换成流量计或者数字式质量流量计，这样差压传感器检定装置将更加精密小巧、更易方便携带。

为了实现不同测量范围的多个差压传感器共同检定的需求，也可以采取多通道设计的方式，使用相同的气体输入装置。气体存储装置、压力控制装置和气体输出装置三部分采用不同的气路通道（比如分微压、常压、中压和高压通道），气路通道互不干涉，无须更换标准差压传感器，增加装置的稳定性和使用寿命，但体积和重量有所增加，现场检定过程中携带不方便。希望本文設计的差压传感器检定装置可以帮助解决差压传感器检定过程中的实际问题，为新兴计量技术的发展贡献微薄之力。

参考文献

[1]邓金华，何昭志.便携式微压压力发生器现场校准装置的设计[J].电子测试，2021（5）：26-27.

[2]王洋，盛晓岩，彭轶.多量程并行输出自动标准压力发生器的设计[J].自动化仪表，2023，44（4）：8-11.

[3]罗昶，闫晋平，姚晓东，等.自动标准压力发生器控制原理及检定方法研究[J].计测技术，2021，41（4）：36-43.

[4]焦寰宇.浅析压力变送器检定及使用中的问题和解决方法[J].中国设备工程，2021（9）：169-171.

[5]吴蔡祥.压力（差压）变送器现场检定/校准有关问题的浅析[J].计量与测试技术，2019，46（8）：91-93.

作者简介

朱晓艳，硕士，高级工程师，研究方向为计量管理和计量检定工作。

（责任编辑：刘宪银）