基于PLC的氣密性檢測儀校準(zhǔn)裝置的研究

羅健明，李杰，楊信立

(佛山市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測中心，廣東佛山528200)

0 引言

在科技日新月異的今天，工業(yè)生產(chǎn)生活中，人們對密封產(chǎn)品質(zhì)量性能的要求越來越高。氣密性作為密封產(chǎn)品的主要質(zhì)量性能參數(shù)，越來越受到密封產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的重視。氣密性檢測廣泛應(yīng)用于汽車、家電、包裝、壓鑄、煤氣、建筑、電子、航空等領(lǐng)域。在使用過程中如果發(fā)生超過了允許范圍的泄漏，不僅會影響產(chǎn)品的性能，還可能會導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)、有害氣體溢出等嚴(yán)重后果。因此，確保氣密性檢測儀的測量數(shù)值的準(zhǔn)確至關(guān)重要。

1 現(xiàn)狀分析

氣密性檢測儀的發(fā)展大體經(jīng)歷了2個階段:傳統(tǒng)的泄漏檢測方法通常有水檢法、肥皂液涂抹法，主要是水檢法;直到90年代，使用氣體作為介質(zhì)的泄漏檢測方法才逐漸發(fā)展成熟，而基于壓差原理的泄漏檢測方法更加廣泛應(yīng)用。本文主要針對壓差原理的氣密性檢測儀的校準(zhǔn)作研究。

現(xiàn)今校準(zhǔn)氣密性檢測儀的方法主要有3種。①使用標(biāo)準(zhǔn)漏孔作為氣密性檢測儀的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。其中以ATEQ公司的D和F系列的標(biāo)準(zhǔn)流量頭為代表，其流量頭的允許誤差為示值的5%，準(zhǔn)確度較高，使用較方便。但使用漏孔條件比較苛刻，漏孔使用時必須使用干燥、干凈的氣源，不能在有水的時候使用而且用完必須放在專用的盒子里，即使空氣中的塵埃也會對漏孔造成一定的影響，導(dǎo)致漏孔需定期校準(zhǔn)，且漏孔價格昂貴，校準(zhǔn)時僅給出漏孔對應(yīng)壓力下的幾個漏率，若要實現(xiàn)儀器的全量程校準(zhǔn)，則成本很高。②佛羅里西公司生產(chǎn)的LK20泄漏標(biāo)定儀。該儀器連接方便，并且有特制的調(diào)節(jié)裝置，能調(diào)節(jié)漏孔大小實現(xiàn)泄漏流量的在一定測量范圍的校準(zhǔn)，但價格昂貴，并只局限于流量型氣密性檢測儀的校準(zhǔn)，無法對其他類型的儀器實現(xiàn)校準(zhǔn)。③美國德魯克公司的DPI800系列壓力傳感器和壓力控制器均帶壓降校準(zhǔn)功能，其工作原理為:將壓力傳感器直接接在氣密性檢漏儀的測試口，按照氣密性檢漏儀的測試時間設(shè)定校準(zhǔn)的時間，當(dāng)氣密性檢測儀運行到檢測階段時，按“開始”鍵直到儀器運行結(jié)束，結(jié)束后壓力傳感器直接計算測試時間下的壓降，此時可與氣密性檢測儀的泄漏壓差作比對。但此種方法校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)量是壓力壓降，其校準(zhǔn)準(zhǔn)確度與標(biāo)準(zhǔn)器一致，隨著量程的增大，標(biāo)準(zhǔn)器引入的誤差也增大，并且按鍵計時需人手操作，有一定的誤差。

為了減少校準(zhǔn)成本，減少人為因素造成的誤差，減少不確定度，提高校準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度，本文結(jié)合PLC、觸摸屏、高精度差壓傳感器和高精度壓力傳感器研究設(shè)計氣密性檢測儀校準(zhǔn)裝置。

2 硬件與軟件設(shè)計

本裝置主要的硬件包括:液晶觸摸屏、三菱F2N系列PLC、三菱的AD轉(zhuǎn)換模塊、0.05級(量程為0～1000 Pa)的差壓傳感器、0.05級(量程為0～2 MPa)的壓力傳感器、微壓調(diào)節(jié)裝置和電磁閥。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。由于氣密性檢測儀檢測過程經(jīng)過充氣、平衡、檢測和放氣4個階段，針對以上過程設(shè)計校準(zhǔn)裝置如圖2所示，校準(zhǔn)過程如下:

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架圖

圖2 校準(zhǔn)裝置設(shè)計原理圖

1)按照被檢的氣密性檢測儀設(shè)置的4個階段的時間寫入校準(zhǔn)裝置的設(shè)置中，然后將被檢氣密性檢測儀檢測口通過與校準(zhǔn)裝置的快速接口連接，為了減少人為誤差因素和不確定度，本裝置軟件設(shè)計以PLC實現(xiàn)時間的控制，并且通過對PLC編程，實現(xiàn)當(dāng)充氣壓力大于某設(shè)定值(設(shè)定值可輸入)時，校準(zhǔn)裝置自動觸發(fā)啟動，即氣密性檢測儀啟動檢測的同時，校準(zhǔn)裝置也同時啟動，實現(xiàn)時間同步性，減少人為操控時的誤差，從而保證被檢儀器和校準(zhǔn)裝置同時進(jìn)入每個階段。

2)在充氣階段，此時電磁閥是聯(lián)通狀態(tài)，使得各個傳感器同時進(jìn)入充氣狀態(tài)，實現(xiàn)溫度和壓力的逐漸平衡，此時被檢儀器和校準(zhǔn)裝置的差壓傳感器兩端與校準(zhǔn)裝置的壓差為0 Pa。

3)進(jìn)入平衡階段，主要校準(zhǔn)氣密性檢測儀的充氣壓力，通過壓力傳感器在觸摸屏上的數(shù)值顯示與被檢儀器充氣顯示壓力的比較，實現(xiàn)充氣壓力的校準(zhǔn)，此時PLC將控制電磁閥關(guān)閉。

4)當(dāng)進(jìn)入檢測階段時，被檢氣密性檢測儀壓差傳感器置零，同時校準(zhǔn)裝置中的高精度壓差傳感器也被PLC控制置零，由于電磁閥已經(jīng)關(guān)閉，差壓傳感器的高壓端直接與被檢的氣密性檢測儀內(nèi)的差壓傳感器高壓端直接相接，此時通過裝置中的微壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)壓力，便能實現(xiàn)差壓壓力的校準(zhǔn)。

5)將校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)輸入設(shè)計的軟件中，實現(xiàn)記錄和數(shù)據(jù)的存儲，并進(jìn)行誤差計算。

3 校準(zhǔn)裝置分析

本文研究設(shè)計的校準(zhǔn)裝置和原方法比對，如表1所示，通過對整個校準(zhǔn)裝置進(jìn)行分析、運行試驗和目標(biāo)測試，以及測量重復(fù)性、穩(wěn)定性和不確定度評定分析，得出其重復(fù)性和穩(wěn)定性都符合JJF 1033-2008《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》要求，并且整個校準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果不確定度也有所減小。

表1 本設(shè)計裝置校準(zhǔn)方法與原校準(zhǔn)方面對比

4 結(jié)束語

通過比對數(shù)據(jù)分析，研究各種因素對測量數(shù)據(jù)的影響，分析產(chǎn)生測量誤差的因素，校準(zhǔn)裝置實現(xiàn)壓力和差壓的同時校準(zhǔn)，建立氣密性檢測裝置校準(zhǔn)的測量結(jié)果不確定度評定的數(shù)學(xué)模型，分析的結(jié)果在實際校準(zhǔn)使用中取得了滿意效果，為進(jìn)一步的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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