前端泄壓在現(xiàn)場壓力校準(zhǔn)中的應(yīng)用

歐雷

(中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都610091)

0 前言

壓力計(jì)量廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)、貿(mào)易結(jié)算、能源計(jì)量、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)等部門，并且在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位。壓力量值是否準(zhǔn)確，直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)場校準(zhǔn)是壓力校準(zhǔn)的發(fā)展趨勢，尤其是在線校準(zhǔn)中對傳統(tǒng)的校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，以及如何有效防止校準(zhǔn)過程中的交叉污染是目前研究的重點(diǎn)，而前端泄壓可以作為現(xiàn)場校準(zhǔn)的有效措施。

1 現(xiàn)場校準(zhǔn)的重要性

現(xiàn)有的壓力校準(zhǔn)嚴(yán)格按檢定規(guī)程要求在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而生產(chǎn)現(xiàn)場的安裝、環(huán)境條件與實(shí)驗(yàn)室存在一定差異，實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)不能完全復(fù)現(xiàn)被測對象現(xiàn)場使用狀態(tài)，［1］存在一定的修正誤差，而且經(jīng)常拆卸也會(huì)影響測試設(shè)備的密封性和安全性。通過現(xiàn)場及在線校準(zhǔn)能解決這些校準(zhǔn)難題。準(zhǔn)確度較高的壓力傳感器更應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)以消除修正誤差。隨著制造工藝水平的發(fā)展，PLC 控制等程控技術(shù)更多地應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，其壓力傳感器配套的工控機(jī)不能拆卸，必須要求現(xiàn)場校準(zhǔn)。［2］

按照ISO－10012 標(biāo)準(zhǔn)的要求，產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程，從設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)和使用都要實(shí)施計(jì)量保證措施，而現(xiàn)場校準(zhǔn)就是使用過程中實(shí)施計(jì)量保證的強(qiáng)有力的措施之一。在試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場對被校儀表、傳感器及測試系統(tǒng)進(jìn)行在線校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)能反映測試系統(tǒng)現(xiàn)場真實(shí)運(yùn)行的情況，減少和避免了環(huán)境和工作條件不同引起的誤差，提高了測量準(zhǔn)確度，［3］保證了試驗(yàn)成果和產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)場校準(zhǔn)符合準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和實(shí)驗(yàn)性等計(jì)量特點(diǎn)。壓力儀器儀表安裝較為復(fù)雜，頻繁拆卸降低了儀器的使用壽命，有時(shí)還會(huì)造成損壞，因?yàn)椴鹦稌?huì)造成設(shè)備漏氣或現(xiàn)場工作介質(zhì)的大量泄漏，易損壞設(shè)備及管接頭?，F(xiàn)場在線校準(zhǔn)比起把現(xiàn)場儀表拆下來拿到計(jì)量室校準(zhǔn)大大提高工作效率。

2 前端泄壓的應(yīng)用

2.1 前端泄壓的工作原理

前端泄壓是指在壓力校準(zhǔn)過程中壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)控制生成需要的壓力值，并輸出到被校壓力儀器，校準(zhǔn)完成后，在密閉測試管路中靠近被校儀器的前端排放可能被油氣污染的工作介質(zhì)。

壓力校準(zhǔn)中測試管路連接被校設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。升壓時(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備將工作壓力由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備測試口傳遞到被校設(shè)備測試口，這時(shí)被校設(shè)備測試口的瞬間壓力小于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其可能存在的污物不會(huì)通過工作介質(zhì)污染標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。降壓時(shí)，控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備降低壓力，由于瞬間壓差的影響，這時(shí)被校設(shè)備測試口的工作介質(zhì)會(huì)流入壓力較低的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備測試口，造成被校設(shè)備測試口可能存在的污物污染標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。為解決這個(gè)難題，在降壓時(shí)采取釋放前端被校設(shè)備測試口的壓力，以免前端的工作介質(zhì)回流到后端的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，完成壓力校準(zhǔn)過程。前端泄壓的工作原理如圖1 所示。

圖1 前端泄壓的工作原理

2.2 前端泄壓的作用

油污是氣體介質(zhì)的主要污染物，而污垢、雜質(zhì)則是液體介質(zhì)的主要污染物，這些污染是造成武器裝備操縱失靈和附件功能性故障的主要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代武器裝備操縱系統(tǒng)70%的故障是由固油液污染而引發(fā)的。避免被校設(shè)備不受污染是計(jì)量工作的前提條件，如何保證校準(zhǔn)過程中被測設(shè)備不被污染，是現(xiàn)場校準(zhǔn)工作的重點(diǎn)。

工作壓力大于0.25 MPa 的氣體壓力儀器使用水作為校準(zhǔn)工作介質(zhì)，校準(zhǔn)后殘留于儀表中的水會(huì)污染被校設(shè)備，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。進(jìn)行液壓儀器儀表的校準(zhǔn)時(shí)，如不能明確工作介質(zhì)，則使用變壓器油校準(zhǔn);如能明確工作介質(zhì)，則按實(shí)際使用的介質(zhì)更換壓力校驗(yàn)器的工作介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)殘留的變壓器油及油垢也會(huì)污染工作介質(zhì)?，F(xiàn)場進(jìn)行液壓儀表校準(zhǔn)時(shí)，按實(shí)際使用的介質(zhì)更換壓力校驗(yàn)器的工作介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)壓力校驗(yàn)器殘留的變壓器油及油垢也會(huì)污染工作介質(zhì)，從而污染專用測試設(shè)備。

采用前端泄壓方式進(jìn)行校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)器選用具備控制功能的壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，使用空氣或氮?dú)獾葷崈舻臍怏w工作介質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)。氣體不會(huì)溶解于工作油介質(zhì)，也不會(huì)殘留在被校設(shè)備中，可有效地防止校準(zhǔn)過程中的交叉污染難題。

3 前端泄壓的實(shí)現(xiàn)

3.1 前端泄壓的工作流程

壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)使用氣體工作介質(zhì)，依據(jù)計(jì)算機(jī)指令，將壓力加至被校設(shè)備量程上限，計(jì)算機(jī)控制氣路中的高壓電磁閥截?cái)鄩毫πｒ?yàn)儀與被校設(shè)備之間的壓力管路，延遲一個(gè)較短時(shí)間后，打開壓力泄放電磁閥(與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部壓力釋放)，將工作介質(zhì)排放出去。

如果污染比較嚴(yán)重，前端泄壓可重復(fù)操作，直到污染被排放干凈為止。

3.2 前端泄壓的工作模式

由前端泄壓的工作流程可知，其工作模式為:被校壓力傳感器/壓力變送器的壓力腔和相關(guān)管路，通過壓力接口與壓力校驗(yàn)儀連接起來。根據(jù)指令，壓力校驗(yàn)儀向被校器加壓，達(dá)到設(shè)定壓力后，計(jì)算機(jī)控制將被校器與壓力校驗(yàn)儀之間的氣路關(guān)斷，然后把被校器壓力腔及相關(guān)管路中的壓力通過泄放管路迅速排空，將被校器壓力腔和相關(guān)管路中殘存的油氣排放出去。

如果被校儀器儀表及相關(guān)管路清洗、吹掃不徹底，壓力腔及相關(guān)管路中殘存的油污不論是否已經(jīng)霧化，都會(huì)造成油氣污染。為避免泄壓時(shí)被校設(shè)備壓力腔及相關(guān)管路內(nèi)可能被污染的工作介質(zhì)回流造成交叉污染損壞校準(zhǔn)設(shè)備，在除油、清洗、沖洗、吹掃被校設(shè)備壓力腔、相關(guān)管路和壓力端口的前提下，采取前端泄壓的方法泄放被校儀器儀表壓力腔及連接管路內(nèi)含有油氣污染的氣體。前端泄壓排污在校準(zhǔn)工作正式開始之前完成。

3.3 清除油污污染的預(yù)處理

由上述前端泄壓系統(tǒng)工作流程和工作模式可知，前端泄壓系統(tǒng)能夠有效排放被校器壓力腔和相關(guān)管路中被油氣污染的工作介質(zhì)。如果壓力腔和相關(guān)管路中有較多的液態(tài)油污，則需要預(yù)先進(jìn)行除油處理。

清除液體介質(zhì)和油污的操作，我們稱之為清除油污污染的預(yù)處理，可以使用氣體進(jìn)行吹洗。主要有兩種情況:第一種是帶有油污的數(shù)字壓力計(jì)、壓力傳感器、壓力變送器，要先清除油污，才能接入氣體介質(zhì)壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn);第二種是不能拆卸的數(shù)字壓力計(jì)、壓力傳感器、壓力變送器，原設(shè)備一般留有校準(zhǔn)旁路，現(xiàn)場校準(zhǔn)前要清除相關(guān)管路和被校數(shù)字壓力計(jì)、壓力傳感器、壓力變送器壓力腔中的液體介質(zhì)，再與氣體介質(zhì)壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)連接進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。

3.4 前端泄壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前端泄壓系統(tǒng)由控制電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、常開電磁閥、常閉電磁閥、相關(guān)連接路等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 前端泄壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.5 壓力校準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)

使用前端泄壓進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)需要被校設(shè)備滿足現(xiàn)場校準(zhǔn)的條件。首先需要現(xiàn)場壓力系統(tǒng)預(yù)留有壓力校準(zhǔn)接口以便進(jìn)行原位計(jì)量，壓力校準(zhǔn)接口指被校設(shè)備與壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)連接的壓力接口。同時(shí)對壓力校準(zhǔn)口作出設(shè)計(jì)改進(jìn)，使得防污染措施更有效。

在壓力校準(zhǔn)口中增加清洗接口，清洗接口用于壓力變送器/壓力傳感器的壓力腔的清潔，其中心線對準(zhǔn)被校壓力傳感器/壓力變送器壓力腔，平時(shí)安裝一個(gè)堵帽(或堵頭)。

接口設(shè)計(jì)有兩種方案。如果被校設(shè)備壓力傳感器/壓力變送器安裝在垂直結(jié)構(gòu)的壓力管路上時(shí)，只需要安裝一個(gè)截止閥，壓力校準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)按圖3 所示。校準(zhǔn)前先打開清洗接口堵帽對管路進(jìn)行排污吹洗，再蓋上堵帽進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖3 垂直結(jié)構(gòu)壓力管路的壓力校準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)

被校設(shè)備壓力傳感器/壓力變送器安裝在水平結(jié)構(gòu)的壓力管路上時(shí)，需要安裝兩個(gè)截止閥，壓力校準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)按圖4 所示。校準(zhǔn)前先打開清洗接口堵帽對管路進(jìn)行排污吹洗，再蓋上堵帽進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖4 水平結(jié)構(gòu)壓力管路的壓力校準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

本文對前端泄壓在現(xiàn)場壓力校準(zhǔn)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，通過后期的實(shí)踐測試證明，該方法能作為解決現(xiàn)場壓力校準(zhǔn)中交叉污染難題的有效手段，但對于壓力在靜態(tài)平衡中的防污染措施，需進(jìn)一步完善。

［1］許第昌. 壓力計(jì)量測試［M］. 北京:中國計(jì)量出版社，1988.

［2］成志堯. 壓力計(jì)量測試技術(shù)的發(fā)展方向和現(xiàn)場壓力校準(zhǔn)［J］. 中國儀器儀表，2000 (2):1 －2，4.

［3］辜亮波，王迎，孟琪，等. 液體流量現(xiàn)場檢定儀的研制［J］. 計(jì)測技術(shù)，2008，28 (S0):101 －102.