差壓傳感器檢定裝置的研究與探討

摘 要：差壓傳感器是應用于煤礦井下風機、通風巷道、環(huán)保除塵環(huán)境等場所，用來測量壓力差值的計量器具，應用極其廣泛。本文從差壓傳感器的測量參數和檢定方法入手，設計和研究滿足不同測量范圍要求的差壓傳感器檢定裝置，探討微差壓傳感器檢定過程中微壓的實現方法，希望為差壓傳感器檢定工作的開展和檢定裝置的研發(fā)予以技術支持。

關鍵字：差壓傳感器，微壓，檢定裝置

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

1 差壓傳感器

氣壓是工業(yè)生產活動和日常生活中常用的物理量之一。差壓傳感器是可以將壓力信號轉換成模擬信號或數字信號，并具有壓力值實時顯示、超限聲光報警、頻率信號輸出等功能的計量器具，被廣泛安裝在生產和生活領域的固定場所。其主要用于測量煤礦井下風機、風門密閉、通風巷道，以及醫(yī)藥企業(yè)的環(huán)保除塵設備、電子企業(yè)潔凈室、潔凈廠房等場所的環(huán)境差壓[1]。

差壓傳感器作為煤礦安全生產和計量管理重要的計量器具，壓力量值的準確與否直接關系到采礦人員的生命是否安全和科研生產能否順利完成[2]。差壓傳感器主要用于氣體的壓力測量，其工作原理是通過采集頭取得差壓后，通過傳感器元件將壓力信號轉換為相應的電信號，經過單片機處理后分配給各單元，最終通過顯示屏顯示壓力值，輸出模擬信號或數字信號[3]。

本文以科學性、合理性、先進性、實用性為出發(fā)點，參照國家頒布的JJG 860—2015《壓力傳感器（靜態(tài)）》等規(guī)程或規(guī)范，對差壓傳感器和微差壓傳感器檢定裝置的研制進行了討論。

2 差壓傳感器示值誤差檢定方法

根據國家頒布的JJG 860—2015《壓力傳感器（靜態(tài)）》檢定規(guī)程，可以選擇溫度在15～35℃，濕度在45%RH～75%RH的穩(wěn)定環(huán)境中開展檢定工作[4]。檢定工作開展前，要先將差壓傳感器放置在上述穩(wěn)定環(huán)境中2 h以上，差壓傳感器與檢定裝置連通后，通電預熱要30 min以上。

檢定過程中要從下限開始，輸入檢定點的壓力信號，讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值，當到達儀器上限值并產生明顯波動時，再反方向改變壓力信號到各檢定點，直至下限值，讀取并記錄傳感器的顯示值或輸出信號值，此為一次循環(huán)檢定。為確保數據準確可靠，建議采取3次循環(huán)檢定的方式，且輸入壓力信號時要盡可能平穩(wěn)，避免輸入壓力信號的過程出現超調或者回調現象。

為確保檢定工作準確可靠，檢定準確度等級低于0.1級（含0.1級）的差壓傳感器，選取至少包括上限值、下限值在內的6個檢定點；檢定準確度等級高于0.05級（含0.05級）的差壓傳感器，選擇至少包括上限值、下限值在內的9個檢定點。

3 差壓傳感器檢定裝置的設計

3.1 發(fā)展現狀

工作和生產安全至關重要，工作中要定期對差壓傳感器進行檢定，因此，穩(wěn)定可靠的差壓傳感器檢定裝置必不可少。標準壓力發(fā)生裝置是目前國內外廣泛使用的差壓傳感器檢定裝置，根據發(fā)生壓力的原理不同，可以分為活塞壓力計和自動標準壓力發(fā)生器2種。活塞壓力計因其準確度高、穩(wěn)定性強的突出優(yōu)點，被眾多檢定實驗室廣泛采用。為了自動檢定的工作需要，我國已研制出了自動加壓或自動加砝碼的全自動活塞壓力計，但因其勞動強度大、不方便攜帶、壓力點不連續(xù)等原因，使用該壓力機在生產和生活領域等固定場所進行差壓傳感器現場檢定工作，仍然存在一定困難[5]。因此研制操作簡單、方便攜帶、便于進行現場檢定的差壓傳感器檢定裝置成為目前檢定工作的重要任務。

3.2 總體設計

根據差壓傳感器檢定裝置的工作原理，總體設計圖如圖1所示。

上述差壓傳感器檢定裝置為自動標準壓力發(fā)生器，主要包含氣體輸入裝置、壓力控制裝置、氣體存儲裝置和氣體輸出裝置四部分。根據測量范圍的不同，差壓傳感器分為微壓、常壓、中壓和高壓差壓傳感器。氣體輸入裝置輸入氣體的壓力和標準差壓傳感器的選擇要根據工作用差壓傳感器測量范圍來選擇，標準差壓傳感器應該方便更換。

3.3 各部件的功能和作用

3.3.1 氣體輸入裝置

氣體輸入裝置包含氣體壓力源和過濾器兩部分。氣體壓力源用來給標準壓力發(fā)生器提供壓力充足的氣源。壓力的選擇要根據檢定的差壓傳感器的測量上限值來確定，輸出氣體的壓力要高于其測量上限值。過濾器是為標準壓力發(fā)生器提供潔凈氣體源的裝置，用來過濾氣體壓力源輸出的氣體。差壓傳感器檢定的關鍵是保持氣路順暢，此裝置可防止固體顆粒、雜質等進入氣路。

3.3.2 壓力控制裝置

壓力控制裝置是對氣體壓力進行預分壓的裝置，由前后兩個氣體閥組共同構成，用于精確調節(jié)氣體壓力并提供合適壓力的氣源，防止因進氣壓力較大或者超過量程而對差壓傳感器造成損害。前面的氣體閥組用于控制進入的氣體，氣容中的氣體較多時，可以選擇關閉此閥；后面的氣體閥組控制排出氣體的量，兩個氣體閥共同配合，直至輸出的壓力數值大小和精度滿足差壓傳感器各檢定點壓力的需要。

3.3.3 氣體存儲裝置

氣體存儲裝置包含氣容，是用來存儲潔凈氣體的裝置，緩沖氣體壓力源輸出的氣體壓力，減少氣體速度對差壓傳感器檢定的影響，從而提升整個檢定過程中氣體的穩(wěn)定性。

3.3.4 氣體輸出裝置

氣體存儲裝置包含具有適宜壓力氣體的輸出裝置和多余氣體的輸出裝置。適宜壓力氣體的輸出接口連接標準差壓傳感器和工作用差壓傳感器兩部分。標準差壓傳感器用于測量輸出氣體的壓力，并向壓力控制系統反饋氣體壓力的電壓信號，工作用差壓傳感器也稱被檢定差壓傳感器。溢流閥用于多余氣體的排出，減小因氣路中氣體壓力過大而導致標準或者工作用差壓傳感器特別是微差壓傳感器等小量程差壓傳感器因超壓而損壞的風險。當氣容中氣體壓力過大時，溢流閥將自動將超出壓力的氣體泄掉，保證氣路中的氣體壓力適宜。

標準差壓傳感器、工作用差壓傳感器和第二個氣體閥組采用三通裝置進行連接，將適宜的壓力分成兩路，一路氣體進入標準差壓傳感器，另一路氣體進入工作用差壓傳感器，通過兩路氣體測量數值之差，得出誤差值。為確保數據的準確度，檢定過程中三者盡量在同一水平面。

3.4 微差壓傳感器檢定裝置的設計

隨著科學技術的發(fā)展，生產領域中的一些工作場所對差壓的控制要求越來越高，一般的差壓傳感器已經滿足不了需要，越來越多的微差壓傳感器被廣泛應用于現代工業(yè)生產領域。研制體積小、質量輕、小流量氣流穩(wěn)定的差壓傳感器檢定裝置也是今后努力的方向，會對差壓傳感器的檢定工作帶來實際意義。

上述差壓傳感器檢定裝置雖然可以滿足不同量程的差壓傳感器檢定工作，但是為了更準確地輸出微壓，需要在過濾器與第一個空氣閥組之間安裝一個截止閥，并且將氣體壓力源的輸出壓力控制在0.6 MPa左右，方可將通過標準差壓傳感器和工作用差壓傳感器的壓力滿足所測微差壓傳感器的量程要求，再通過氣體閥組來進一步控制輸出壓力大小。在檢定絕壓差壓傳感器時，只需要在第二個氣體閥組后再安裝一個截止閥就可以了。為了方便攜帶，還可以將截止閥設計成旋轉閥門，在開展微差壓傳感器或者絕壓差壓傳感器檢定工作時，可以將旋轉閥門關閉，否則可以將旋轉閥門調整至全部打開狀態(tài)。

4 結 語

本論文對差壓傳感器檢定裝置進行了研究和探索，文中差壓傳感器檢定裝置中標準差壓傳感器可更換，可以滿足微壓、常壓、中壓和高壓差壓傳感器不同量程范圍的壓力參數，只涉及一個氣體通道，體積較小，便于攜帶，滿足開展現場檢定差壓傳感器工作，解決了被校差壓傳感器拆裝后再送檢的困擾。所以對實驗室來說，一套裝置就能滿足不同測量范圍的差壓傳感器的檢定工作，節(jié)約成本的同時也提高了檢定效率。在有條件的情況下，可以試著將氣體壓力源換成微型氣體泵，將空氣閥組換成流量計或者數字式質量流量計，這樣差壓傳感器檢定裝置將更加精密小巧、更易方便攜帶。

為了實現不同測量范圍的多個差壓傳感器共同檢定的需求，也可以采取多通道設計的方式，使用相同的氣體輸入裝置。氣體存儲裝置、壓力控制裝置和氣體輸出裝置三部分采用不同的氣路通道（比如分微壓、常壓、中壓和高壓通道），氣路通道互不干涉，無須更換標準差壓傳感器，增加裝置的穩(wěn)定性和使用壽命，但體積和重量有所增加，現場檢定過程中攜帶不方便。希望本文設計的差壓傳感器檢定裝置可以幫助解決差壓傳感器檢定過程中的實際問題，為新興計量技術的發(fā)展貢獻微薄之力。

參考文獻

[1]鄧金華，何昭志.便攜式微壓壓力發(fā)生器現場校準裝置的設計[J].電子測試，2021（5）：26-27.

[2]王洋，盛曉巖，彭軼.多量程并行輸出自動標準壓力發(fā)生器的設計[J].自動化儀表，2023，44（4）：8-11.

[3]羅昶，閆晉平，姚曉東，等.自動標準壓力發(fā)生器控制原理及檢定方法研究[J].計測技術，2021，41（4）：36-43.

[4]焦寰宇.淺析壓力變送器檢定及使用中的問題和解決方法[J].中國設備工程，2021（9）：169-171.

[5]吳蔡祥.壓力（差壓）變送器現場檢定/校準有關問題的淺析[J].計量與測試技術，2019，46（8）：91-93.

作者簡介

朱曉艷，碩士，高級工程師，研究方向為計量管理和計量檢定工作。

（責任編輯：劉憲銀）