氣體減壓器自動校準方法的探討

鐘 華，莫曉山，葉 炎

（1.婁底市計量測試檢定所，湖南 婁底 417000；2.湖南省計量檢測研究院，長沙 410014；3.北京康斯特儀表科技股份有限公司，北京 100094）

0 引言

在校準氣體減壓器壓力表時，目前主要采用拆壓力表手動校準或利用專用的校驗裝置手動進行整體校準。拆表校準方式操作簡單，但會引起其他問題。整體校準方式的好處是校驗工作介質是無腐蝕性、無毒的干燥潔凈氣體，儀表的校驗狀態與儀表的工作狀態一致。整體校準方式已經較傳統方式將壓力表拆下校準有了很大地改進，避免了拆裝壓力表引起的各種問題。本文介紹一種壓力表自動校準的方法，進一步提高整體校驗的效率[1]。

圖1 氣體減壓器自動校準系統組成Fig.1 Composition of automatic calibration system for gas pressure reducer

1 常見氣體減壓器的情況

目前國內常見氣體減壓器按照介質可分為氧氣減壓器、乙炔減壓器、氮氣減壓器、空氣減壓器、氬氣減壓器、氫氣減壓器、氦氣減壓器、二氧化碳減壓器、丙烷減壓器、天然氣減壓器和含有腐蝕性質的不銹鋼減壓器等。其中，比較有代表的是氧氣減壓器、乙炔減壓器和丙烷減壓器。常見的氧氣減壓器高壓壓力表的量程為0 MPa～25MPa，低壓壓力表的量程為0MPa～4MPa，進氣端螺紋尺寸為G5/8。常見的乙炔減壓器高壓壓力表的量程為0 MPa～4MPa，低壓壓力表的量程為0MPa～0.25MPa，進氣端連接方式為框架連接。常見的丙烷減壓器高壓壓力表的量程為0MPa～1.6MPa，低壓壓力表的量程為0MPa～0.16MPa，進氣端螺紋為M22×1.5的左旋螺紋。而出氣端接口較為統一，可燃氣體介質的氣體減壓器常見螺紋為M16×1.5的左旋螺紋，其他氣體介質的氣體減壓器常見螺紋為M16×1.5的右旋螺紋。

由此可見，不同的氣體減壓器具有不同的壓力范圍和不同的進氣接口。那么整體校準必須解決以下問題：①校準裝置既要提供25MPa的標準壓力，也要提供0.1MPa以下標準壓力；②校準裝置可以簡單快速連接各種尺寸的氣體減壓器進氣端接口。

2 氣體減壓器自動校準系統的組成

氣體減壓器自動校準系統由氣源（電動泵）、ConST172氣體增壓器、ConST822壓力控制器和ConST825-1減壓器連接臺組成。氣源可以使用氣瓶、工業氣源，也可以使用電動氣壓泵，提供初始壓力在2MPa以上即可。ConST172氣體增壓器采用電動工作方式，可以將2MPa左右的壓力輕松增壓至2MPa～26MPa范圍內設定的壓力，它可以為ConST800系列智能壓力控制器等產品提供穩定、可靠的壓力源。

圖2 氣體減壓器連接臺及其矩形連接器Fig.2 Gas pressure reducer connection platform and its rectangular connector

ConST822壓力控制器作為標準器，可以全自動輸出設定壓力，并配合上位機軟件實現自動校準。它的主要特點如下：①全自動高精度壓力輸出；②壓力快速響應；③可外接壓力模塊擴展壓力范圍，提高準確度；④內置WIFI功能，可以連接上位機軟件，實現自動控制。

ConST825-1氣體減壓器連接臺專為一體化校準氣體減壓器而設計，它解決了氧氣、二氧化碳、丙烷和乙炔等不同介質類型的氣體減壓器的連接難題。氣體減壓器連接臺上的矩形連接器配合不同的密封接口可以輕松完成氣體減壓器進氣端連接，從而為整體校準奠定了基礎。氣體減壓器連接臺上的自動執行機構可與上位機軟件建立通訊，從而實現自動控制壓力輸出。它具有以下特點：①4種密封連接方式，4種密封接口選擇，適合各種輸入接口的減壓器，不用再考慮減壓器接頭螺紋問題；②可拆卸的減壓器安裝架，適用于不同安裝方式的減壓器；③內置自動執行機構，無需人工干預，配合系統實現減壓器的全自動校準。

3 氣體減壓器自動校準方法

3.1 減壓器壓力表的校準

當拿到一種被校氣體減壓器后，首先根據氣體減壓器的類型來選擇對應的密封接口，利用矩形連接器輕松快速地完成減壓器進氣端的連接，如圖2所示。氣體減壓器出氣端的螺紋通常分為左旋和右旋兩種方式，選取其中一種合適的連接管將出氣端與氣體減壓器連接臺連接。然后，根據被校氣體減壓器的量程大小，選擇合適的壓力標準。最后，將上位機軟件與壓力控制器和氣體減壓器連接臺建立通訊。

表1 氣體減壓器壓力表校準記錄[3]Table 1 Calibration record of gas pressure gauge pressure gauge[3]

準備工作完畢后，利用上位機軟件新建一個校準記錄，并輸入被校氣體減壓器的基本參數。然后，通過控制指令將壓力控制器與高壓端儀表相連接，自動輸出壓力表檢定點壓力值，通過軟件記錄高壓端儀表上下行程校準數據。完成高壓端儀表校準后，上位機軟件發送指令將壓力控制器與低壓端儀表相連接，自動輸出壓力表檢定點壓力值，通過軟件記錄低壓端儀表上下行程校準數據。整個過程兩塊壓力表分別被整體自動校準，完成了示值誤差、回程誤差和輕敲位移的校準。此方法不僅解決了原來校準過程中高壓增壓困難的問題，而且解決了低壓表校準過程中容易過沖損壞的問題；此外這種方法還避免了因拆卸壓力表造成的其他種種問題。

3.2 高低壓氣室密封性檢測

上位機軟件通過控制指令將壓力控制器與高壓端儀表相連接，并將高壓端儀表壓力控制在氣體減壓器的額定壓力，此時壓力控制器切換到測量狀態，耐壓1min后，觀察低壓端標準表的讀數，即可檢測出氣體減壓器的內部密封狀況[2]。

3.3 外部密封性檢測

上位機軟件通過控制指令將壓力控制器與高壓端儀表相連接，并將高壓端和低壓端儀表壓力分別控制在氣體減壓器額定壓力，此時壓力控制器切換到測量狀態，耐壓1min后，觀察低壓端標準表的讀數，即可檢測出氣體減壓器的外部密封狀況。

3.4 減壓器校準數據的處理

通過上位機軟件可方便地實現氣體減壓器校準數據自動計算、自動生成校準記錄、自動生成校準證書。以一臺2.5級的氧氣減壓器為例，高壓壓力表和低壓壓力表的校準數據自動記錄到軟件后，通過軟件計算功能可以完成零位、示值誤差、回程誤差和輕敲位移的計算，并判斷結果，大大提升了校準效率。

4 結論

這種自動校準方法的應用，無論在測量的準確度還是自動化程度方面都是傳統方法不可比擬的。該方法很好地解決了各種減壓器儀表連接的問題，完全不用拆表；也解決了高壓加壓難的問題。基于壓力控制器和氣體減壓器連接臺的自動校準方法不僅完全滿足校準規范要求，而且可以自動記錄和處理校準數據，大大縮短校準時間，是未來氣體減壓器校準方法的發展方向。