CN102012299A - 氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置及免拆校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了传感器测控技术领域中的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置及免拆校准方法。所述免拆校准装置包括安装于氢气瓶瓶阀处的待测压力传感器和氢气瓶瓶阀处的用于向氢气瓶充装氢气的加注管路，还包括第一控制阀门，检测管路，压力表，检测压力传感器，第二控制阀门；所述免拆校准方法先通过检测压力传感器评定待测压力传感器，如果评定结果为需要校准，则再通过压力表和待测压力传感器分别测量一组压力和电流/电压数据，通过对这组数据拟合实现待测压力传感器的校准。本发明避免了每次标定氢气瓶用压力传感器，都要将其从氢气瓶瓶阀处拆下，进而导致需对氢气瓶进行复杂的气密性试验和氮气置换试验的问题。
Description
技术领域
本发明属于传感器测控技术领域，尤其涉及一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置及免拆校准方法。
背景技术
氢气为燃料电池汽车的主要能量来源，氢气瓶作为存贮容器在燃料电池汽车技术中应用非常广泛。为了监测瓶中氢气的压力变化状况，需要在储气瓶瓶阀处设置压力传感器。
为了保证氢气压力监测的准确性，燃料电池汽车在每运行一段时间之后，需要对安装于氢气瓶瓶阀处的压力传感器进行重新校准，又称为标定，也即判断安装于氢气瓶瓶阀处的电阻型温度传感器是否需要重新标定。目前现有的标定过程需要将压力传感器从瓶阀处卸下，这将导致空气进入氢气储气瓶，而氢气属于可燃性气体，根据中华人民共和国国家标准GB 4962-2008氢气使用安全技术规程规定：如果氢气储气瓶使用过程中有空气充入，在重新充装氢气之前，要进行气密性试验和氮气置换试验，而这两个试验不仅需要具备专门试验资质的机构进行，而且试验过程十分复杂，尤其是对已经集成好的燃料电池汽车而言，这两个试验的时间成本和人力成本都很高。
发明内容
本发明的目的是，为了避免每次对氢气瓶瓶阀处的压力传感器进行标定过程中将其拆下，从而导致需对氢气瓶进行复杂的气密性试验和氮气置换试验，提出一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置及免拆校准方法。
技术方案是，一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，包括安装于氢气瓶瓶阀处的待测压力传感器12和氢气瓶瓶阀处的用于向氢气瓶充装氢气的加注管路13，其特征是所述免拆校准装置还包括第一控制阀门1，检测管路3，压力表4，检测压力传感器7，第二控制阀门9；
所述第一控制阀门1通过第一双卡套接头2安装于检测管路3的一端；
所述压力表4通过第二双卡套接头5安装于检测管路3上；
所述检测压力传感器7通过第三双卡套接头6安装于检测管路3上；
所述检测管路3的另一端与加注管路13通过第四双卡套接头8连接；
所述第二控制阀门9通过第五双卡套接头10安装于加注管路13上；
所述待测压力传感器12通过第六双卡套接头11安装于加注管路13上。
所述压力表4具体是机械式压力表。
所述检测管路3具体是不锈钢管。
所述第一控制阀门1，压力表4，检测压力传感器7，第二控制阀门9，待测压力传感器12均采用不锈钢制成。
所述第一双卡套接头2、第二双卡套接头5、第三双卡套接头6和第四双卡套接头8都是耐压达到35MPa以上的双卡套接头，并且均采用不锈钢制成。
所述检测压力传感器7和待测压力传感器12输出的信号为电压信号或者电流信号。
一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法，其特征是所述方法包括：
步骤1：对检测压力传感器7进行标定；
步骤2：安装氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置；
步骤3：关闭第一控制阀门1，打开第二控制阀门9，静置第一设定时间；
步骤4：记录此时压力表4所显示的当前压力值，测量并记录检测压力传感器7与待测压力传感器12所输出的信号值；
步骤5：判断检测压力传感器7输出的信号值与待测压力传感器12输出的信号值的差的绝对值是否小于设定阈值，如果是，则执行步骤6；否则执行步骤7；
步骤6：待测压力传感器12不需要校准，校准过程结束；
步骤7：保持第二控制阀门9开启，打开第一控制阀门1；
步骤8：持续放气第二设定时间；
步骤9：关闭第一控制阀门1，静置第一设定时间；
步骤10：记录此时压力表4所显示的压力值，测量并记录待测压力传感器12输出的信号值；
步骤11：重复设定次数的步骤7-步骤10，得到一组压力值与待测压力传感器12输出的信号值的对应数据，根据待测压力传感器12的类型，对得到的对应数据进行拟合，得出压力值与待测压力传感器12输出的信号值的对应关系，完成待测压力传感器12的校准。
所述第一设定时间为2-5分钟。
所述第二设定时间为10-50秒。
所述设定次数为5-10次。
本发明的效果在于，使用本发明提供的装置和方法进行氢气瓶瓶阀处的压力传感器的标定，避免了每次都要将压力传感器从氢气瓶瓶阀处拆下，进而导致需对氢气瓶进行复杂的气密性试验和氮气置换试验的问题。
附图说明
图1是氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置结构示意图；
图2是氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法流程图；
图3是待测压力传感器的压力值与待测压力传感器输出的电流信号值拟合示意图；其中，(a)是待测压力传感器的压力值与待测压力传感器输出的电流信号值对应数据表，(b)是待测压力传感器的压力值与待测压力传感器输出的电流信号值拟合曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
图1是氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置结构示意图。图1中，本发明中提供的氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置包括，安装于氢气瓶瓶阀处的待测压力传感器12和氢气瓶瓶阀处的用于向氢气瓶充装氢气的加注管路13，还包括第一控制阀门1，检测管路3，压力表4，检测压力传感器7，第二控制阀门9。各个组成部分的连接关系如下：
第一控制阀门1通过第一双卡套接头2安装于检测管路3的一端；压力表4通过第二双卡套接头5安装于检测管路3上；检测压力传感器7通过第三双卡套接头6安装于检测管路3上；检测管路3的另一端与加注管路13通过第四双卡套接头8连接；第二控制阀门9通过第五双卡套接头10安装于加注管路13上；待测压力传感器12通过第六双卡套接头11安装于加注管路13上。
上述压力表4优选使用机械式压力表。
上述检测管路3具体是不锈钢管，不锈钢优选可抗“氢脆现象”的316系列不锈钢。
上述第一控制阀门1，压力表4，检测压力传感器7，第二控制阀门9，待测压力传感器12均采用不锈钢制成，优选采用可抗“氢脆现象”的316系列不锈钢制成。
上述第一双卡套接头2、第二双卡套接头5、第三双卡套接头6和第四双卡套接头8都是耐压达到35MPa以上的双卡套接头，并且优选采用可抗“氢脆现象”的316系列不锈钢制成。
上述检测压力传感器7和待测压力传感器12输出的信号为电压信号或者电流信号。
在使用本发明提供的装置进行免拆校准时，应当保证氢气瓶内剩余氢气压力大于0.2MPa。
更具体地，上述检测压力传感器7和待测压力传感器12的均可以采用Endress+Hauser公司的P40-B93YA58型压力传感器，其输出为4～20mA电流信号。
上述第一控制阀门1和第二控制阀门9均可以采用Swagelok公司的SS-AFS8型阀门。
上述压力4表可以采用Swagelok公司的PGI-63BLG25型机械式压力表。
上述不锈钢管为Swagelok公司的SS-T6-S-049型不锈钢管；
上述第一双卡套接头2、第二双卡套接头5、第三双卡套接头6和第四双卡套接头8可以采用Swagelok公司的双卡套接头。
实施例2
本发明还提供了一种使用前述氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置进行免拆校准的方法。在本实施例中，使用的待测压力传感器12和检测压力传感器7为同一型号的电流型压力传感器，并且在使用过程中，二者输出的信号均为电流信号。压力表4使用机械式压力表。实施前，先设定第一设定时间为5分钟，第二设定时间为20秒，设定次数为5次，设定阈值为0.05mA。图2是氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法流程图。图2中，氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法具体包括：
步骤101：对检测压力传感器7进行标定。
检测压力传感器7用于在后续步骤中评价待测压力传感器12是否需要校准。因此，检测压力传感器7的精准度至关重要，需要在整个过程实施前，认真校准(即标定)检测压力传感器7，以保证其精准度。在本实施例中，检测压力传感器7属于电流型传感器，因此其标定结果为压力与电流的对应关系，标定结果为P＝1.562×I-6.241，其中P为对应电压值，I为传感器输出电流值。
步骤102：安装氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置。
按照图1所示，将氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置的各个部件进行连接。
如果在进行校准过程中，使用的检测压力传感器7和待测压力传感器12是两线制输出的传感器，则还需要将检测压力传感器7和待测压力传感器12接通电源。
步骤103：关闭第一控制阀门1，打开第二控制阀门9，静置5分钟(即第一设定时间)。
静置一段时间，是为了使加注管路13和检测管路3内的气压保持一致。
步骤104：记录此时机械式压力表4所显示的当前压力值为10.3MPa，测量并记录检测压力传感器7与待测压力传感器12所输出的电流信号值分别为10.59mA和10.68mA。
步骤105：判断检测压力传感器7输出的信号值与待测压力传感器12输出的信号值的差的绝对值是否小于设定阈值，如果是，则执行步骤106；否则执行步骤107。
由于检测压力传感器7输出的电流信号值为10.59mA，待测压力传感器12输出的电压信号值为10.68mA，二者差的绝对值为0.09mA。而设定阈值为0.05mA，所以判断的结果为，待测压力传感器12需要校准，执行步骤107。
步骤106：待测压力传感器12不需要校准，校准过程结束。
步骤107：保持第二控制阀门9开启，打开第一控制阀门1。
步骤108：持续放气20秒(即第二设定时间)。减少氢气瓶内的气压，此过程中氢气瓶中流出的氢气按照国家标准GB4962-2008进行处理。
步骤109：关闭第一控制阀门1，静置5分钟。使加注管路13和检测管路3内的气压保持一致。
步骤110：记录此时机械式压力表4所显示的压力值为9.1MPa，测量并记录待测压力传感器12输出的电流信号值为9.95mA。
步骤111：重复5次(即设定次数)的步骤107-步骤110，得到一组压力值与待测压力传感器12输出的电流信号值的对应数据。图3是待测压力传感器的压力值与待测压力传感器输出的电流信号值拟合示意图，其中，(a)是待测压力传感器的压力值(由机械式压力表4测得)与待测压力传感器输出的电流信号值对应数据表。
根据待测压力传感器12的类型，对该组数据进行拟合。一般压力传感器在出厂的时候都经过校准，并且供应商会提供校准的数据关系(即压力与电流或电压的关系)。但是经过一段时间的使用，压力传感器的上述数据关系会出现偏差，本发明对压力传感器的校准，实际上就是重新确定压力传感器的压力与电流或电压的数据关系。
由于待测压力传感器12和检测压力传感器7是同一类型的压力传感器，而检测压力传感器7压力与电流的对应关系为一维线性关系(根据公式P＝1.562×I-6.241可以得出)。因此，对图3(a)中的各组数据进行一维线性拟合，得到压力值与待测压力传感器12输出的电流信号值的对应关系，完成待测压力传感器12的校准。图3(b)是待测压力传感器的压力值与待测压力传感器输出的电流信号值拟合曲线图。从图3(b)可以看出，拟合后的待测压力传感器12的压力和电流对应关系为：P＝0.864×I-4.014(即图3(b)中的直线)，其中P为待测压力传感器12对应的电压值，I为待测压力传感器12输出的电流值。得出的上述待测压力传感器12的压力和电流对应关系，即完成待测压力传感器12的校准。
本发明的效果在于，使用本发明提供的装置和方法进行氢气瓶瓶阀处的压力传感器的标定，避免了每次都要将压力传感器从氢气瓶瓶阀处拆下，进而导致需对氢气瓶进行复杂的气密性试验和氮气置换试验的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，包括安装于氢气瓶瓶阀处的待测压力传感器(12)和氢气瓶瓶阀处的用于向氢气瓶充装氢气的加注管路(13)，其特征是所述免拆校准装置还包括第一控制阀门(1)，检测管路(3)，压力表(4)，检测压力传感器(7)，第二控制阀门(9)；
所述第一控制阀门(1)通过第一双卡套接头(2)安装于检测管路(3)的一端；
所述压力表(4)通过第二双卡套接头(5)安装于检测管路(3)上；
所述检测压力传感器(7)通过第三双卡套接头(6)安装于检测管路(3)上；
所述检测管路(3)的另一端与加注管路(13)通过第四双卡套接头(8)连接；
所述第二控制阀门(9)通过第五双卡套接头(10)安装于加注管路(13)上；
所述待测压力传感器(12)通过第六双卡套接头(11)安装于加注管路(13)上。
2.根据权利要求1所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，其特征是所述压力表(4)具体是机械式压力表。
3.根据权利要求1所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，其特征是所述检测管路(3)具体是不锈钢管。
4.根据权利要求1所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，其特征是所述第一控制阀门(1)，压力表(4)，检测压力传感器(7)，第二控制阀门(9)，待测压力传感器(12)均采用不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，其特征是所述第一双卡套接头(2)、第二双卡套接头(5)、第三双卡套接头(6)和第四双卡套接头(8)都是耐压达到35MPa以上的双卡套接头，并且均采用不锈钢制成。
6.根据权利要求1所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置，其特征是所述检测压力传感器(7)和待测压力传感器(12)输出的信号为电压信号或者电流信号。
7.一种使用如权利要求1所述的氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置进行免拆校准的方法，其特征是所述方法包括：
步骤1：对检测压力传感器(7)进行标定；
步骤2：安装氢气瓶用压力传感器的免拆校准装置；
步骤3：关闭第一控制阀门(1)，打开第二控制阀门(9)，静置第一设定时间；
步骤4：记录此时压力表(4)所显示的当前压力值，测量并记录检测压力传感器(7)与待测压力传感器(12)所输出的信号值；
步骤5：判断检测压力传感器(7)输出的信号值与待测压力传感器(12)输出的信号值的差的绝对值是否小于设定阈值，如果是，则执行步骤6；否则执行步骤7；
步骤6：待测压力传感器(12)不需要校准，校准过程结束；
步骤7：保持第二控制阀门(9)开启，打开第一控制阀门(1)；
步骤8：持续放气第二设定时间；
步骤9：关闭第一控制阀门(1)，静置第一设定时间；
步骤10：记录此时压力表(4)所显示的压力值，测量并记录待测压力传感器(12)输出的信号值；
步骤11：重复设定次数的步骤7-步骤10，得到一组压力值与待测压力传感器(12)输出的信号值的对应数据，根据待测压力传感器(12)的类型，对得到的对应数据进行拟合，得出压力值与待测压力传感器(12)输出的信号值的对应关系，完成待测压力传感器(12)的校准。
8.根据权利要求7所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法，其特征是所述第一设定时间为2-5分钟。
9.根据权利要求7所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法，其特征是所述第二设定时间为10-50秒。
10.根据权利要求7所述的一种氢气瓶用压力传感器的免拆校准方法，其特征是所述设定次数为5-10次。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TSINGHUA UNIVERSITY Effective date: 20131226 Owner name: TSINGHUA UNIVERSITY SUZHOU AUTOMOBILE RESEARCH INS Free format text: FORMER OWNER: TSINGHUA UNIVERSITY Effective date: 20131226 |
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100084 HAIDIAN, BEIJING TO: 215134 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE |
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Effective date of registration: 20131226 Address after: 215134, Suzhou 2358, Changan Road, Wujiang District, Jiangsu 6, Wujiang science and Technology Pioneer Park, 2 floors Patentee after: SUZHOU AUTOMOBILE RESEARCH INSTITUTE, TSINGHUA UNIVERSITY (WUJIANG) Patentee after: Tsinghua University Address before: 100084 Beijing 100084-82 mailbox Patentee before: Tsinghua University |
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Granted publication date: 20120328 Termination date: 20190916 |
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