CN105650476B - 土压传感器校准装置的气源压力控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压传感器校准装置的气源压力控制系统，包括由进气关断阀、减压调压阀、进气计量针阀和进气旁通阀共同组成进程升压控制装置，以及由排气关断阀、背压调压阀、排气计量针阀和排气旁通阀共同组成回程降压控制装置。本发明还公开了一种气源压力控制系统的控制方法，包括进程升压控制和回程降压控制，均采用快速调压和高精度调压相结合的方法。通过本发明控制压力，既能使装有土压传感器的压力罐内的压力快速接近测试点压力，又能实现多个测试点压力的高精度调节和快速转换，缩短了校准过程中每个测试点的稳定时间，提高了校准的工作效率，同时又保证了校准系统准确度等级的要求，控制系统的压力控制波度小于0.005％F.S。

Description

土压传感器校准装置的气源压力控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种土压传感器校准装置的气源系统，尤其涉及一种土压传感器校准装置的气源压力控制系统及控制方法。

背景技术

土压传感器是在土工离心机试验中用来测量土壤压力的特殊传感器，其外形结构是扁圆柱体，对其的校准方法不同于标准接口为M20mm×1.5mm压力传感器的校准方式。

传统的压力传感器校准装置的气源压力调压装置主要有全自动压力校验仪和手动气压泵这两种，其中，全自动压力校验仪内置电动泵，充电电池为其供电，智能控制，快速准确输出设定压力，可实现自动校准、自动进行数据分析、自动存储，可以做到无纸化校准；手动式气压泵其工作方式是通过压杆产生压力，通过调压阀门对压力进行调整和控制，压力泵的结构简单，无需外接220VAC交流电源，便于维护。

上述两种传统气源压力调压装置各自具有优势，且均可用于野外现场传感器的校准工作，但都只适合接口为标准的M20mm×1.5mm接口的压力变送器、压力开关、压力传感器的校准，而土压传感器的结构特殊，需要装入压力罐内进行校准，容器体积较大，上述两种传统气源压力调压装置均无法为压力罐进行大容量的充、放气工作；而且，在土压传感器的校准过程中，压力校准至少要有5个测试点，在进程和回程中，到达测试点的时间要尽量短，而且稳压时间也要短，这样才能提高传感器批量校准的工作效率，上述两种传统气源压力调压装置更不能实现这种功能，所以不适合用于土压传感器的校准。目前在公开文献和实际应用中还没有特别适合土压传感器校准的气源压力调压装置。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种专用于土压传感器校准装置的气源压力控制系统及控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种土压传感器校准装置的气源压力控制系统，包括用于与气源连接的进气管、用于与压力罐连接的出气管和用于排出所述压力罐内气体的排气管，所述进气管与所述出气管之间通过连接气管相通连接，所述气源压力控制系统还包括进气关断阀、减压调压阀、进气计量针阀、进气旁通阀、压力表、排气关断阀、背压调压阀、排气计量针阀和排气旁通阀，所述进气关断阀、所述减压调压阀、所述进气计量针阀和所述压力表依次串联安装于所述连接气管上且所述进气关断阀靠近所述进气管，所述连接气管上位于所述进气关断阀外侧的位置和位于所述进气计量针阀外侧的位置分别与所述进气旁通阀的两端相通连接，所述连接气管上位于所述进气计量针阀外侧的位置与所述排气管的第一端连接，所述排气关断阀、所述背压调压阀和所述排气计量针阀依次串联安装于所述排气管上且所述排气关断阀靠近所述排气管的第一端，所述排气管上位于所述排气关断阀外侧的位置和位于所述排气计量针阀外侧的位置分别与所述排气旁通阀的两端相通连接。

上述结构中，进气关断阀、减压调压阀、进气计量针阀和进气旁通阀共同组成进程升压控制装置，排气关断阀、背压调压阀、排气计量针阀和排气旁通阀共同组成回程降压控制装置，进程升压和回程降压两个过程均可实现对土压传感器校准装置的气源压力进行精密控制的效果，而且前者具有快速升压到一定压力的功能，后者具有从一定压力快速泄压至常压的功能，大大提升了气源控制速度和效率。

为了提高安全性，所述气源压力控制系统还包括释压阀，所述释压阀安装于所述排气管上。

进一步，所述进气关断阀、所述减压调压阀、所述进气计量针阀、所述进气旁通阀、所述压力表、所述排气关断阀、所述背压调压阀、所述排气计量针阀、所述排气旁通阀、所述释压阀和所述连接气管均安装于压力控制箱。这样使本系统便捷易带，无源使用，适合野外现场作业。

一种土压传感器校准装置的气源压力控制系统采用的控制方法，包括以下步骤：

(1)进程升压控制，包括以下步骤：

(1.1)关闭进气关断阀、排气关断阀和排气旁通阀，开启进气旁通阀，快速进气直到压力接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.2)关闭进气旁通阀，开启进气关断阀和减压调压阀，通过减压调压阀粗调压力使其升压至更加接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.3)停止调节减压调压阀，开启进气计量针阀，通过进气计量针阀微调压力使其升压到最低压力测试点所需压力；

(1.4)完成土压传感器在最低压力测试点的校准之后，继续调节减压调压阀和进气计量针阀，将进气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；

(2)回程降压控制，包括以下步骤：

(2.1)关闭进气关断阀、进气旁通阀和排气旁通阀，开启排气关断阀、背压调压阀和排气计量针阀，通过背压调压阀粗调压力使其降压至更加接近土压传感器的最高压力测试点所需压力；

(2.2)停止调节背压调压阀，通过排气计量针阀微调压力使其降压到最高压力测试点所需压力；

(2.3)完成土压传感器在最高压力测试点的校准之后，继续调节背压调压阀和排气计量针阀，将排气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；

(2.4)校准结束后，关闭排气关断阀，开启排气旁通阀，快速排气泄压至常压或预设压力。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置由进气关断阀、减压调压阀、进气计量针阀和进气旁通阀共同组成进程升压控制装置，以及由排气关断阀、背压调压阀、排气计量针阀和排气旁通阀共同组成回程降压控制装置，并采用本发明所述控制方法进行压力控制，既能使装有土压传感器的压力罐内的压力快速接近测试点压力，又能实现多个测试点压力的高精度调节和快速转换，缩短了校准过程中每个测试点的稳定时间，提高了校准的工作效率，同时又保证了校准系统准确度等级的要求，控制系统的压力控制波度小于0.005％F.S。

附图说明

图1是本发明所述土压传感器校准装置的气源压力控制系统应用时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述土压传感器校准装置的气源压力控制系统包括用于与气源连接的进气管4、用于与压力罐连接的出气管13、用于排出所述压力罐内气体的排气管21、进气关断阀5、减压调压阀8、进气计量针阀9、进气旁通阀7、压力表11、释压阀12、排气关断阀16、背压调压阀18、排气计量针阀20和排气旁通阀17，进气管4与出气管13之间通过连接气管10相通连接，进气关断阀5、减压调压阀8、进气计量针阀9、压力表11、释压阀12依次串联安装于连接气管10上且进气关断阀5靠近进气管4，连接气管10上位于进气关断阀5外侧的位置和位于进气计量针阀9外侧的位置分别通过进气旁通管6与进气旁通阀7的两端相通连接，连接气管10上位于进气计量针阀9外侧的位置与排气管21的第一端连接，排气关断阀16、背压调压阀18和排气计量针阀20依次串联安装于排气管21上且排气关断阀16靠近排气管21的第一端，排气管21上位于排气关断阀16外侧的位置和位于排气计量针阀20侧的位置分别通过排气旁通管19与排气旁通阀17的两端相通连接；进气关断阀5、减压调压阀8、进气计量针阀9、进气旁通阀7、压力表11、释压阀12、排气关断阀16、背压调压阀18、排气计量针阀20和排气旁通阀17和连接气管10均安装于压力控制箱3的箱内或箱壁。本例中，进气管4、出气管13和连接气管10为一体成型的一根气管，实际应用中，也用多段气管通过接头连接而成。

使用时，将进气管4与作为气源的氮气罐1的高压出气管连接，氮气罐1的出气管上安装有前置压力表2，将出气管13与压力罐14的压力进气管连接，压力罐14上安装有插座15，压力罐14内安装土压传感器。

结合图1，本发明所述土压传感器校准装置的气源压力控制系统采用的控制方法，包括以下步骤：

(1)进程升压控制，包括以下步骤：

(1.1)关闭进气关断阀5、排气关断阀16和排气旁通阀17，开启进气旁通阀7，快速进气直到压力接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.2)关闭进气旁通阀7，开启进气关断阀5和减压调压阀8，通过减压调压阀8粗调压力使其升压至更加接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.3)停止调节减压调压阀8，开启进气计量针阀9，通过进气计量针阀9微调压力使其升压到最低压力测试点所需压力；

(1.4)完成土压传感器在最低压力测试点的校准之后，继续调节减压调压阀8和进气计量针阀9，将进气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；这里调节减压调压阀8和进气计量针阀9的方法与步骤(1.2)、(1.3)类似，如果两个测试点压力之间差距很小，则可以只调节进气计量针阀9；

(2)回程降压控制，包括以下步骤：

(2.1)关闭进气关断阀5、进气旁通阀7和排气旁通阀17，开启排气关断阀16、背压调压阀18和排气计量针阀20，通过背压调压阀18粗调压力使其降压至更加接近土压传感器的最高压力测试点所需压力；

(2.2)停止调节背压调压阀18，通过排气计量针阀20微调压力使其降压到最高压力测试点所需压力；

(2.3)完成土压传感器在最高压力测试点的校准之后，继续调节背压调压阀18和排气计量针阀20，将排气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；这里调节背压调压阀18和排气计量针阀20的方法与步骤(2.1)、(2.2)类似，如果两个测试点压力之间差距很小，则可以只调节排气计量针阀20；

(2.4)校准结束后，关闭排气关断阀16，开启排气旁通阀17，快速排气泄压至常压或预设压力。

上述控制过程中，减压调压阀8和背压调压阀18起到粗调压力的作用，对于工作压力为2MPa，不确定度为0.2级的校准装置，当压力值在每一个测试点上下20KPa的范围内波动时，启用进气计量针阀9或排气计量针阀20微调压力，针阀的调节细度可以到0.1KPa，在小压力范围内较快稳定住压力的波度，每个压力测试点的稳压时间仅有15秒，缩短了校准传感器的工作时间。

气源型土压传感器校准装置的工作压力为2MPa，属于中压范围，校准装置设计耐压强度是3MPa。在校准过程中，如果检定人员误操作极易造成装置内的压力迅速升高，引发重大安全事故，因此，在本控制系统中加装了一个2.5MPa的释压阀12，在压力超过2.5MPa时，系统快速泄压，这样有效地保证了检定人员的人身安全。

调压系统的密封性能主要考虑在小压力范围内精密调节压力的计量针阀的泄漏对系统的影响。本申请的进气计量针阀9和排气计量针阀20选用的是阀座最大泄漏率仅为0.03cm3/min(用氮气测试)的高精度针阀。在土压传感器的校准装置中，压力罐为圆柱体结构，若体积是31400cm3(r：10cm，h：25cm)，密封性良好，其在2MPa的最大工作压力下，采用本申请设计的压力控制系统，保压4小时，校准装置的泄漏量仅为7.2cm3(实验一次，保压4h即可)，则4h压力罐的泄漏率是0.02％，压力的控制波度小于0.005％F.S，高于0.2级校准装置的使用要求。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种土压传感器校准装置的气源压力控制系统，包括用于与气源连接的进气管、用于与压力罐连接的出气管和用于排出所述压力罐内气体的排气管，所述进气管与所述出气管之间通过连接气管相通连接，其特征在于：还包括进气关断阀、减压调压阀、进气计量针阀、进气旁通阀、压力表、排气关断阀、背压调压阀、排气计量针阀和排气旁通阀，所述进气关断阀、所述减压调压阀、所述进气计量针阀和所述压力表依次串联安装于所述连接气管上且所述进气关断阀靠近所述进气管，所述连接气管上位于所述进气关断阀外侧的位置和位于所述进气计量针阀外侧的位置分别与所述进气旁通阀的两端相通连接，所述连接气管上位于所述进气计量针阀外侧的位置与所述排气管的第一端连接，所述排气关断阀、所述背压调压阀和所述排气计量针阀依次串联安装于所述排气管上且所述排气关断阀靠近所述排气管的第一端，所述排气管上位于所述排气关断阀外侧的位置和位于所述排气计量针阀外侧的位置分别与所述排气旁通阀的两端相通连接。

2.根据权利要求1所述的土压传感器校准装置的气源压力控制系统，其特征在于：所述气源压力控制系统还包括释压阀，所述释压阀安装于所述排气管上。

3.根据权利要求2所述的土压传感器校准装置的气源压力控制系统，其特征在于：所述进气关断阀、所述减压调压阀、所述进气计量针阀、所述进气旁通阀、所述压力表、所述排气关断阀、所述背压调压阀、所述排气计量针阀、所述排气旁通阀、所述释压阀和所述连接气管均安装于压力控制箱。

4.一种如权利要求1、2或3所述的土压传感器校准装置的气源压力控制系统采用的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)进程升压控制，包括以下步骤：

(1.1)关闭进气关断阀、排气关断阀和排气旁通阀，开启进气旁通阀，快速进气直到压力接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.2)关闭进气旁通阀，开启进气关断阀和减压调压阀，通过减压调压阀粗调压力使其升压至更加接近土压传感器的最低压力测试点所需压力；

(1.3)停止调节减压调压阀，开启进气计量针阀，通过进气计量针阀微调压力使其升压到最低压力测试点所需压力；

(1.4)完成土压传感器在最低压力测试点的校准之后，继续调节减压调压阀和进气计量针阀，将进气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；

(2)回程降压控制，包括以下步骤：

(2.1)关闭进气关断阀、进气旁通阀和排气旁通阀，开启排气关断阀、背压调压阀和排气计量针阀，通过背压调压阀粗调压力使其降压至更加接近土压传感器的最高压力测试点所需压力；

(2.2)停止调节背压调压阀，通过排气计量针阀微调压力使其降压到最高压力测试点所需压力；

(2.3)完成土压传感器在最高压力测试点的校准之后，继续调节背压调压阀和排气计量针阀，将排气压力由小到大依次调节到其它多个压力测试点所需压力，完成土压传感器在多个压力测试点的校准；

(2.4)校准结束后，关闭排气关断阀，开启排气旁通阀，快速排气泄压至常压或预设压力。