CN104316260B - 适用于高温环境微压力传感器的校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于高温环境微压力传感器的校准系统，该校准系统适用于高温环境微压力传感器的校准。包括高温、低温两个腔室，采用PLC控制真空系统和加热系统，可同时进行压力、温度加载，配备压力、温度基准以及水冷系统，能够模拟传感器高温、微小压力的实际工作环境进行校准，具有压力控制精度高、温度调节快的特点；同时，配有专用的上位机(PC)人机软件，可对校准系统进行远程监控。该校准系统为高温微压力传感器校准提供了一个稳定可靠、安全便捷的平台，解决了此类传感器目前难以校准的难题。
Description
技术领域
本发明属于微小压力测量技术领域，具体涉及一种适用于高温环境下微压力传感器校准的校准系统。
背景技术
高温微压力传感器是一类用于测量高温环境下微小压力的新型传感器，应用于航空航天、冶金、石化等领域。由于其特殊的应用环境，除了压力测量精度，耐高温能力以及温度稳定性也是决定此类传感器性能的主要因素。在传感器校准、测试时，为了兼顾温度作用因素，需要传感器校准系统在进行微小压力校准的同时具备温度加载能力。
压力传感器校准系统的设计应基于《QJ28-87中华人民共和国航天工业部部标准-压力传感器静态精度计算方法》。按照此项标准要求，校准系统(通常包括标准压力源、电源及传感器输出的测量仪表)的综合误差，一般应为被校传感器基本允差的1/5～1/10。在校准过程中，将被校传感器与标准压力源置于相同的环境条件，通过标准压力源得到环境压力的标准值，同时测量传感器的输出值。对于本发明的校准系统，除了按标准要求配置标准压力源，同时配置了标准温度源，用于提供环境温度的标准值。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高温环境微压力传感器的校准系统，具备温度、压力多场耦合加载能力，能够提供常温～600℃，0～266Pa/1KPa/10KPa的加载环境。
本发明采用的技术方案是：适用于高温环境微压力传感器的校准系统，其特征是包括以下组成部分：
(1)、一个由载荷室(8)和环境室(9)组成的腔体结构，可以实现对被校传感器(6)压力、温度参量的多场耦合加载；其中载荷室(8)最高可以实现800℃的高温环境，用于模拟传感器高温工作环境，环境室(9)提供-40℃～70℃低温环境，用于传感器输出引线(10)穿出而不受损坏；
(2)、一套安装于载荷室(8)的基准源，其中压力基准为压力薄膜规(11)，精确测量载荷室(8)环境压力，压力测量范围0～266Pa，温度基准为镍铬热电偶(4)，精确测量载荷室(8)环境温度，温度测量范围为室温～1000℃；
(3)、一套压力控制系统，用于精确控制载荷室(8)环境压力；
(4)、一套温度系统，用于精确控制载荷室(8)环境温度；
(5)、一套水冷循环系统，用于实验腔室和设备的冷却；
(6)、一套以PLC为核心的电气控制系统，用于高低温实验装置各子系统的控制，PLC通过RS-232协议与上位机PC进行通讯；
(7)、一个用于人际交流的上位机软件，可以实现校准系统的实时控制和状态显示，进行远程操作和信息化处理。
本发明的特点：
1、本发明的校准系统具备温度、微小压力同时加载和控制能力，能够模拟传感器实际工作环境；
2、压力控制性能好，控制精度≤±0.25％，常压调至0.06Pa≤20min；温度调节快，常温升温至600℃≤30min，控制精度±5℃；
3、该校准系统设计有高温、低温两个腔室，对被校传感器进行高温加载时不会影响其后端引线，便于传感器安装使用；
4、配有上位机软件，可进行远程操作和信息化处理；
5、适用于直径在50mm之内的压力传感器的校准；
6、操作方便，参数可调，适用于工艺参数摸索，便于新型传感器开发。
附图说明
图1是高温微压力传感器校准系统结构示意图。
图2是校准系统腔室结构示意图。
其中循环水冷壳体1、反射隔热板2、镍铬加热板3、镍铬热电偶4、真空管道5、被校传感器6、温度调节装置7、载荷室8、环境室9、传感器输出引线10、压力薄膜规11
图3是压力控制流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，校准系统由高低温真空实验装置、PLC控制系统和上位机软件组成。
高低温真空实验装置可以实现温度、微小压力的多场耦合加载，由腔体、压力控制系统、温度控制系统、水冷循环系统等部分组成。
1)腔体结构
腔体通过隔板分为载荷室8(高温)和环境室9(低温)两个腔室。载荷室8模拟传感器前端接触到的外界环境，如高温、微小压力；环境室9模拟传感器后端的工作环境。其中载荷腔室最高可以实现800℃的高温环境，用于模拟传感器高温工作环境，环境腔室提供低温环境(-40℃～70℃)，用于传感器输出引线10穿出而不受损坏。被校传感器6安装于两个腔室之间，传感器输出引线10由环境腔室引出，腔体结构示意图如图2所示。
腔体结构：载荷室8为230×310×310mm方形，为循环水冷壳体1，用于高温加载时的壳体冷却，腔体四壁安装有反射隔热板2，用于热屏蔽，提高腔室加热效率；环境室9为220×310×310mm方形，提供低温环境。腔体采用左右侧开门的方式，门为工艺不锈钢，带有水冷装置。载荷室8的顶部设置有六对陶封电极，为镍铬加热板3的电源进线，并预留有一个电源进线接口；底部有抽气接口和热电偶和真空计的测量接口。
加热方式：载荷室8采用在腔室的四周放置镍铬加热板3加热，并带有反射隔热板2。环境室9采用温度调节装置7调节腔室环境温度，调节范围为-40℃～70℃。
温度基准：镍铬热电偶4，室温～375℃范围，测量精度是±1.5℃，375℃～800℃范围，测量精度是0.4％。
2)压力控制系统
压力控制系统由机械泵、分子泵、压控仪等组成，通过真空管道5与载荷室8联通，可以在一定范围内精确控制载荷室内环境压力，控制逻辑如附图3所示。
真空极限与抽速：载荷室5.0×10-3Pa，从大气抽至6.0×10-2Pa≤20min；环境室2.0×10-1Pa，从大气抽至2.0×10-1Pa≤15min。
真空测量：采用电离规测量真空度，测量精度高；测量范围：10-1～10-4Pa。
压力基准：MKS公司626系列压力薄膜规11，压力测量范围0.2Pa～266Pa(可按需求更换不同量程的压力基准)，测量精度0.12％。
3)温度控制系统
加热电源：加热电源采用PID控制系统，使载荷室从室温至600℃加温速度快，任意可调，控温精确。
电源控制部分：包括电源控制系统及电控面板柜；缺水报警，对电源实施过流、过压保护系统及电气联锁功能。
4)水冷循环系统
水冷循环系统用于系统整体的冷却。其中，载荷室配置TCWS制冷循环水机，循环水流量1.2～1.5m3/h，制冷功率1KW，控温范围10～27℃，给腔室、分子泵等提供稳定的制冷循环水，保证设备稳定运行；环境室配置低温循环水冷机，温度-40℃～95℃。
5)PLC控制系统
该校准系统使用PLC型号为台达公司的DVP32EH，附加8路AD和DA模块，PLC控制程序使用Delta_WPLSoft_V2.33软件编写，PLC程序内容包括PLC对高低温试验装置各分系统的逻辑控制，数据的读出和写入以及其他相关功能。
6)上位机人机软件
上位机人机软件使用Fameview组态软件编写，主要用于实时监测、控制载荷室和环境室的压力、温度状况，此外还有数据存储处理功能。软件通过RS232协议与PLC进行通讯，经由PLC控制高低温真空试验装置各个组件，实现了通过计算机远程控制校准系统的目的。
Claims (1)
1.适用于高温环境微压力传感器的校准系统，其特征是包括以下组成部分：
(1)、一个由载荷室(8)和环境室(9)组成的腔体结构，可以实现对被校传感器(6)压力、温度参量的多场耦合加载；其中载荷室(8)最高可以实现800℃的高温环境，用于模拟传感器高温工作环境，环境室(9)提供-40℃～70℃低温环境，用于传感器输出引线(10)穿出而不受损坏；
(2)、一套安装于载荷室(8)的基准源，其中压力基准为压力薄膜规(11)，精确测量载荷室(8)环境压力，压力测量范围0～266Pa，温度基准为镍铬热电偶(4)，精确测量载荷室(8)环境温度，温度测量范围为室温～1000℃；
(3)、一套压力控制系统，用于精确控制载荷室(8)环境压力；
(4)、一套温度系统，用于精确控制载荷室(8)环境温度；
(5)、一套水冷循环系统，用于实验腔室和设备的冷却；
(6)、一套以PLC为核心的电气控制系统，用于高低温实验装置各子系统的控制，PLC通过RS-232协议与上位机PC进行通讯；
(7)、一个用于人机交流的上位机软件，可以实现校准系统的实时控制和状态显示，进行远程操作和信息化处理。
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