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        一種多通道壓力變送器的校準(zhǔn)臺(tái)

        2019-08-28 10:47:20秦亭亭洪扁馬力馮齊斌徐煦上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院
        上海計(jì)量測(cè)試 2019年4期
        關(guān)鍵詞:采集器變送器端口

        秦亭亭 洪扁 馬力 馮齊斌 徐煦/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

        0 引言

        壓力測(cè)量?jī)x器儀表按照工作原理可分為液體式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)、活塞式壓力計(jì)、壓力變送器和數(shù)字式壓力計(jì)五大類(lèi)[1]。壓力變送器是通過(guò)某些轉(zhuǎn)換元件,將壓力變成電量來(lái)測(cè)量的壓力計(jì),一般包括壓力變送器和壓力傳感器。

        壓力變送器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)或電動(dòng)信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能感受壓力并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)輸出電信號(hào),如 4~20 mA 電流信號(hào)或 1~5 V 電壓信號(hào)[2]。壓力變送器的校準(zhǔn)通常利用數(shù)字壓力控制器作為壓力標(biāo)準(zhǔn)器,提供標(biāo)準(zhǔn)壓力值;利用直流電流表或直流電壓表作為電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)器。校準(zhǔn)過(guò)程中,每臺(tái)壓力變送器必須配備相應(yīng)的直流電流表或直流電壓表,多臺(tái)壓力變送器同時(shí)校準(zhǔn)時(shí)連線復(fù)雜,成本巨大。針對(duì)這一問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種信號(hào)轉(zhuǎn)換箱和多通道校準(zhǔn)臺(tái),該校準(zhǔn)臺(tái)利用精密電阻將壓力變送器的輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);利用多通道數(shù)據(jù)采集器作為電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)器,可同時(shí)采集20路壓力變送器的輸出電壓信號(hào)值,降低了校準(zhǔn)成本,提高了工作效率。

        1 多通道壓力變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)

        本文設(shè)計(jì)的多通道壓力變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)主要包括:數(shù)字壓力控制器、多通道數(shù)據(jù)采集器、自制信號(hào)轉(zhuǎn)換箱、直流電源、機(jī)械泵及分子泵組、多通道檢測(cè)臺(tái)、計(jì)算機(jī)和打印機(jī)。圖1為該系統(tǒng)的主要構(gòu)成,圖中被檢壓力變送器為兩線制電流輸出,多個(gè)壓力變送器通過(guò)氣路與數(shù)字壓力控制器串聯(lián),其輸出信號(hào)線通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱與供電電源和多通道數(shù)據(jù)采集器相連。

        圖1 多通道壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)

        該校準(zhǔn)系統(tǒng)的壓力標(biāo)準(zhǔn)器選用數(shù)字壓力控制器,數(shù)字壓力控制器準(zhǔn)確度等級(jí)為0.01級(jí),量程可覆蓋真空~10 MPa。電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)器部分,常用的數(shù)字多用表僅有一路電壓或者電流信號(hào),因此,當(dāng)同時(shí)校準(zhǔn)多臺(tái)壓力變送器時(shí),需要同時(shí)連接多臺(tái)數(shù)字多用表,連接線路復(fù)雜且成本較高。目前市場(chǎng)上多通道信號(hào)采集器多為電壓信號(hào),相對(duì)于多通道電流采集器,多通道電壓采集器精度較高且穩(wěn)定性較好,因此,本項(xiàng)目采用多通道電壓采集器作為電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)器,該采集器可同時(shí)采集20路電壓信號(hào)。

        2 信號(hào)轉(zhuǎn)換箱

        壓力變送器的供電電壓常為24 V DC,常見(jiàn)的接線方式分為兩線制電流輸出、三線制電壓輸出和四線制電壓輸出[3],如圖2所示。

        圖2 常見(jiàn)壓力變送器校準(zhǔn)接線圖

        本文設(shè)計(jì)一多通道電流電壓轉(zhuǎn)換箱,可以利用精密電阻將壓力變送器的輸出信號(hào)統(tǒng)一為電壓信號(hào),方便多通道數(shù)據(jù)采集器的采集與測(cè)量。圖3(a)為四通道電流電壓轉(zhuǎn)換箱外觀設(shè)計(jì)圖,圖3(b)為電阻箱內(nèi)部接線圖。如圖3(b)所示,信號(hào)轉(zhuǎn)換箱內(nèi)的每個(gè)電阻的一端均與六腳開(kāi)關(guān)的一個(gè)公共端連接,另一端連接電源負(fù)極。該六腳開(kāi)關(guān)的另一個(gè)公共端連接待校壓力變送器的信號(hào)輸出端,一個(gè)常閉端連接多通道數(shù)據(jù)采集器。該常閉端與一個(gè)常開(kāi)端短接,另一個(gè)常開(kāi)端與上述一個(gè)公共端短接。待校壓力變送器的電源正端與電源正極連接,圖3(a)四個(gè)插線孔分別對(duì)應(yīng)六腳開(kāi)關(guān)的另一個(gè)公共端、一個(gè)常閉端以及電源正極、電源負(fù)極。圖3(b)中的六腳開(kāi)關(guān)的1、6端為公共端,2、5端為常閉端,3、4端為常開(kāi)端。按下開(kāi)關(guān),該六腳開(kāi)關(guān)的連線由原來(lái)的2-6端,1-5端連接變?yōu)?-3端,4-6端連接,也可以選擇其他類(lèi)型的六腳開(kāi)關(guān)。該電路中的電源可以有220 V交流電通過(guò)整流模塊變?yōu)?4 V直流電,以為待校壓力變送器供電,也可以根據(jù)待校壓力變送器的電源類(lèi)型進(jìn)行選擇。這樣,通過(guò)六腳開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)與之相連的電阻接入或者斷開(kāi),測(cè)試人員可以根據(jù)與之相連的待校壓力變送器的輸出類(lèi)型通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇是否接入電阻。接入電阻時(shí),被檢壓力變送器的直流電流將被轉(zhuǎn)換為精密電阻兩端的輸出電壓。本文設(shè)計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換箱內(nèi)電阻選擇0.01級(jí),250 Ω精密電阻。當(dāng)壓力變送器的輸出信號(hào)為4~20 mA時(shí),串聯(lián)的精密電阻兩端的電壓應(yīng)為1~5 V。

        圖3 信號(hào)轉(zhuǎn)換箱內(nèi)部圖

        3 多通道校準(zhǔn)臺(tái)

        為了實(shí)現(xiàn)多臺(tái)壓力變送器的同時(shí)校準(zhǔn),必須將這些儀器通過(guò)氣路同時(shí)連接至數(shù)字壓力控制器的TEST +端。本文設(shè)計(jì)一轉(zhuǎn)四的氣路支架,如圖4所示。支架可以單獨(dú)使用,也可以相連同時(shí)使用,中間設(shè)計(jì)截止閥門(mén)。將信號(hào)轉(zhuǎn)換箱設(shè)置在檢測(cè)平臺(tái)上,更加方便上門(mén)校準(zhǔn)時(shí)攜帶。支架設(shè)置了輸出端口,多個(gè)支架相連可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變送器的同時(shí)校準(zhǔn)。

        圖4 多通道檢測(cè)臺(tái)

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        本文設(shè)計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換箱如圖5所示,圖中被檢的壓力變送器為兩線制電流輸出,信號(hào)轉(zhuǎn)換箱表面的紅黑端口為電源端口,藍(lán)黃端口為信號(hào)端口,紅黑端口引線接到壓力變送器的電源正負(fù)端,藍(lán)黃端口引線接到數(shù)字多用表的相應(yīng)信號(hào)端。如圖5(a)所示,當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)處于電流檔時(shí),藍(lán)黃端口連接至數(shù)字多用表的電流檔,輸出信號(hào)顯示為3.984 0 mA。圖5(b)中,撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥至電壓檔,此時(shí)被檢壓力變送器與精密電阻串聯(lián),通過(guò)精密電阻的電流與被檢壓力變送器輸出電流相同,藍(lán)黃端口連接至數(shù)字多用表的電壓檔,此時(shí)理論輸出電壓應(yīng)為(250 Ω±250 Ω×0.01%)×3.984 0 mA=0.996 0 V±0.000 1 V,圖5(b)中的數(shù)字多用表輸出信號(hào)顯示為0.996 1 V,在理論輸出電壓范圍內(nèi)。一個(gè)多通道校準(zhǔn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)四臺(tái)壓力變送器的同時(shí)校準(zhǔn),通過(guò)校準(zhǔn)臺(tái)串聯(lián),并將信號(hào)線一次接入多通道數(shù)據(jù)采集器,可實(shí)現(xiàn)更多壓力變送器的同時(shí)校準(zhǔn)與數(shù)據(jù)采集。另外,該校準(zhǔn)臺(tái)無(wú)需外接電源,使用方便,操作簡(jiǎn)單,可大大提高壓力變送器的校準(zhǔn)效率。

        圖5 信號(hào)轉(zhuǎn)換箱輸出

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文針對(duì)壓力變送器輸出信號(hào)不統(tǒng)一導(dǎo)致的校準(zhǔn)效率低下的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種可切換電阻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換箱,通過(guò)六腳開(kāi)關(guān),可選擇是否接入精密電阻,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電流輸出的壓力變送器信號(hào)轉(zhuǎn)換為精密電阻兩端的電壓信號(hào)。其次,通過(guò)設(shè)計(jì)多通道校準(zhǔn)臺(tái)可方便實(shí)現(xiàn)多通道壓力變送器的同時(shí)校準(zhǔn),該裝置體積輕便,方便上門(mén)校準(zhǔn),可大幅度提高壓力變送器的校準(zhǔn)效率。

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