陸建平 張小龍 董曉冬 許波,2 柴軍輝,2 張子健 徐浩 陳濟(jì)鋒

1. 寧波市勞動(dòng)安全技術(shù)服務(wù)公司，浙江寧波 315100；

2. 寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江寧波 315100；

3.寧波中惠信息技術(shù)有限公司，浙江寧波 315100

一、引言

安全閥是安裝在鍋爐、壓力容器、管道等設(shè)備上，防止承壓設(shè)備超壓或爆炸的保護(hù)裝置。安全閥在使用過(guò)程中，其密封性和整定壓力會(huì)發(fā)生偏差，因此，法規(guī)規(guī)定在用安全閥必須每年校驗(yàn)一次，新安全閥也需校準(zhǔn)后才可使用?，F(xiàn)在安全閥很多都在安全閥校驗(yàn)臺(tái)上校準(zhǔn)，安全閥校驗(yàn)臺(tái)經(jīng)過(guò)智能化改裝后實(shí)現(xiàn)了安全閥校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，報(bào)告審核審批流程一體化管理。校驗(yàn)臺(tái)上的壓力傳感器可以通過(guò)信號(hào)采集器將壓力值轉(zhuǎn)換成具體數(shù)值顯示出來(lái)，其中壓力傳感器的準(zhǔn)確度直接影響安全閥的校準(zhǔn)結(jié)果。因此，傳感器的校準(zhǔn)方法對(duì)安全閥校準(zhǔn)有著直接影響，在方便安全閥校驗(yàn)工作的同時(shí)，校準(zhǔn)傳感器和減小校驗(yàn)結(jié)果偏差至關(guān)重要。

二、壓力傳感器工作原理及出現(xiàn)誤差的原因

壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大得到所測(cè)的壓力參數(shù)。敏感材料在受到壓力時(shí)，在其表面聚集著數(shù)量相等、極性相反的電荷Q，里面的晶體片是絕緣體，這樣晶體片就形成了一個(gè)電容器，如果極板間的電容為C0，那么兩極板間電壓為：

這樣，傳感器可以等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)串聯(lián)電容的等效電路，或者是一個(gè)電荷源與一個(gè)并聯(lián)電容的等效電路[1]。

這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、適應(yīng)惡劣環(huán)境、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但所有傳感器在使用中都會(huì)出現(xiàn)誤差，傳感器的輸出受到溫度、濕度等多種因素的影響，其中壓力和溫度是影響傳感器準(zhǔn)確度的主要因素，會(huì)給傳感器的測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響傳感器的線性度。

智能安全閥校驗(yàn)臺(tái)所使用的傳感器經(jīng)過(guò)多次加壓、泄壓，傳感器內(nèi)部元件可能會(huì)出現(xiàn)靈敏度降低，產(chǎn)生疲勞效應(yīng)等情況。針對(duì)上述外界因素和傳感器自身等原因，我們需要對(duì)傳感器按一定周期間隔進(jìn)行校準(zhǔn)。

壓力傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，如圖1 所示。

三、壓力傳感器校準(zhǔn)方法

壓力傳感器輸出不理想的主要因素有零點(diǎn)漂移和非線性。通過(guò)對(duì)傳感器量程上等間距的4 個(gè)點(diǎn)的校準(zhǔn)來(lái)保證其線性度，這4 點(diǎn)中包含量程的零位，這樣也校準(zhǔn)了零點(diǎn)漂移。

安全閥校驗(yàn)臺(tái)裝有5 個(gè)通道的壓力表，每個(gè)壓力表連接1 個(gè)傳感器，共配備了5 個(gè)傳感器，這些傳感器都連接在信號(hào)處理盒中，軟件可以通過(guò)信號(hào)盒讀取各通道傳感器的信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成具體數(shù)值在前端顯示。校準(zhǔn)軟件通過(guò)串口通訊的方式發(fā)送校準(zhǔn)指令，完成校準(zhǔn)后輸出完成指令。信號(hào)處理盒如圖2 所示，是集中處理壓力信號(hào)的地方，其另一端與電腦相連。

我們通過(guò)優(yōu)化校準(zhǔn)軟件代碼，進(jìn)行了改進(jìn)與整合，每個(gè)量程傳感器都按4 個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的加密指令通過(guò)串口發(fā)送，不必每個(gè)量程、每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)單獨(dú)發(fā)送，這樣減少了程序的代碼量和串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?，減少出錯(cuò)的可能性。

四、壓力傳感器校準(zhǔn)過(guò)程

為了提高傳感器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度和保證線性度，我們將傳感器校準(zhǔn)分為四步，分別在傳感器量程的0、1/4、1/2、3/4 位置做校準(zhǔn)，這樣可以較好地控制傳感器的線性度。校準(zhǔn)流程如圖3 所示。安全閥校驗(yàn)臺(tái)操作界面如圖4 所示。

（1）打開泄放閥，打開對(duì)應(yīng)通道切換閥；

（2）點(diǎn)擊界面上方“傳感器校準(zhǔn)”按鍵；

（3）點(diǎn)擊“校準(zhǔn)”模塊，選擇對(duì)應(yīng)通道，如圖5所示，我們先選擇第一通道，如圖6 所示；

（4）校正零位，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)1（0 點(diǎn)）右邊的“采樣”按鍵，目測(cè)壓力表指針讀數(shù)，輸入上下壓力表數(shù)值，然后點(diǎn)擊“確認(rèn)”，如圖7 所示；

（5）關(guān)閉泄放閥，確認(rèn)未用通道關(guān)閉；

（6）校正壓力表量程1/4 處，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)2（1/4點(diǎn)）右邊的“采樣”按鍵，根據(jù)安全閥校驗(yàn)規(guī)范升壓至對(duì)應(yīng)通道壓力表量程的1/4 處（觀察壓力表），目測(cè)壓力表指針讀數(shù)，輸入上下壓力表數(shù)值，然后點(diǎn)擊“確認(rèn)”，如圖8 所示，1MPa 量程的傳感器1/4 處為0.25MPa，就加壓到0.25MPa；

（7）校正壓力表量程1/2 處，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)3（1/2 點(diǎn)）右邊的“采樣”按鍵，根據(jù)安全閥校驗(yàn)規(guī)范升壓至對(duì)應(yīng)通道壓力表量程的1/2 處（觀察壓力表），目測(cè)壓力表指針讀數(shù)，輸入上下壓力表數(shù)值，然后點(diǎn)擊“確認(rèn)”；

（8）校正壓力表量程3/4 處，點(diǎn)擊采樣點(diǎn)4（3/4 點(diǎn)）右邊的“采樣”按鍵，根據(jù)安全閥校驗(yàn)規(guī)范升壓至對(duì)應(yīng)通道壓力表量程的3/4 處（觀察壓力表），目測(cè)壓力表指針讀數(shù)，輸入上下壓力表數(shù)值，然后點(diǎn)擊“確認(rèn)”。

壓力傳感器校準(zhǔn)是基于壓力表讀數(shù)準(zhǔn)確的情況下，傳感器的校準(zhǔn)數(shù)值與兩壓力表讀數(shù)計(jì)算，系統(tǒng)判斷校準(zhǔn)是否合格。如果輸入的兩個(gè)壓力表讀數(shù)相差較大，則系統(tǒng)提示：上下表壓力數(shù)值相差過(guò)大，更換合格的壓力表后再進(jìn)行校準(zhǔn)；如校正后傳感器讀數(shù)和壓力表不一致，可重復(fù)校準(zhǔn)，如確認(rèn)校正無(wú)誤且傳感器讀數(shù)不正確，則確認(rèn)傳感器不合格或已損壞[3]。

五、結(jié)語(yǔ)

壓力傳感器會(huì)隨著外界溫濕度等原因出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，按照以上校準(zhǔn)方法和流程進(jìn)行校準(zhǔn)，可以有效保證傳感器的準(zhǔn)確性和線性度。基于Modbus 通訊協(xié)議，我們研究并形成了一套完整的壓力傳感器的校準(zhǔn)指令，在以后壓力傳感器校準(zhǔn)應(yīng)用中有較大的借鑒意義。