CN109916556A - 一种便携式压力传感器动静态标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种便携式压力传感器动静态标定系统，该系统中压力气瓶的出口处设置有气瓶端盖，气瓶端盖上设置有压力表，通过测试管路连通至气缸的一端，活塞的一端设置在气缸的另一端内，活塞的另一端与导轨活动连接，活塞的另一端设置有滑轮，并安装在圆柱凸轮的轮廓曲线滑轨上，圆柱凸轮与变频电机的电机输出转轴连接，变频器用于控制变频电机工作；测试管路上依次还设置有调节阀、1号球阀和2号球阀，两个球阀之间的测试管路测试点处设置有标准压力传感器和待标定压力传感器，且标准压力传感器和待标定压力传感器的输出端均连接至数据采集系统的输入端。本发明解决了压力传感器在安装现场不易标定以及压力传感器动静态性能不能同时标定的问题。

Description

一种便携式压力传感器动静态标定系统

技术领域

本发明涉及一种气体压力传感器的标定系统，尤其涉及一种便携、精密的气体压力传感器静态和动态标定系统。

背景技术

压力是流体工质的基本参数，测量获得容器设备内的压力及压力脉动对容器设备的安全运行非常重要。如对于地面发电燃气轮机燃烧室，为了满足日益严格的NOx排放要求，普遍采用贫燃预混低氮燃烧技术，通过减小火焰面处燃空比来降低燃烧火焰温度，进而控制NOx的生成。但是这种以控制燃烧火焰温度的贫燃燃烧方式，因其已接近贫燃极限，当环境温度变化较大或燃烧室入口参数发生波动时，易引发热声耦合振荡燃烧，造成燃烧不稳定。实时监测获得燃烧室内的压力及压力脉动情况，可为燃烧室燃烧不稳定状态在线诊断提供重要数据，对燃气轮机燃烧室安全稳定运行具有重要作用。

为了确保燃气轮机燃烧室内压力及压力脉动测量数据的准确性，用户一般将压力传感器送往国家认可的计量单位进行检定，通过检定的方式确保压力传感器的完好有效性。但传感器检定完成后，一般需经物流运输才能到达用户安装现场，且传感器存在检定后不立即使用的情况，在运输和存放过程中检定后的传感器可能会发生损坏，因此在压力传感器安装前，若未能及时确认传感器的完好有效性状态，将已经失效的压力传感器安装在燃气轮机燃烧室上，监测获得的错误燃烧室内压力及压力脉动数据将误导燃气轮机燃烧稳定性状态诊断，影响燃气轮机燃烧室的安全稳定运行。基于此，需要设计一套便携式压力传感器动静态标定系统，在传感器安装前，对传感器的完好有效性进行现场快速检定，提高燃气轮机燃烧室压力及压力脉动监测系统测量数据的准确性。

此外，现有压力传感器的动静态标定需采用不同的方法在不同的标定系统上分别进行，静态标定完成后，需将传感器从静态标定系统上拆卸下来，然后再安装在动态标定系统上，即需要两套不同的标定系统才能实现压力传感器的动静态标定，标定系统及过程复杂。因此需设计一套可同时标定压力传感器动静态性能的标定系统，简化压力传感器的动静态标定过程，提升标定效率。

发明内容

为了解决压力传感器在安装现场不易标定以及压力传感器动静态性能不能同时标定的问题，本发明提出一种便携式压力传感器动静态标定系统。本发明中采用柠檬酸、小苏打和水发生化学反应生成CO₂气体的方法，在固定容积气瓶内形成恒定压力，为压力传感器的静态标定提供稳定气源，通过调节参与化学反应的柠檬酸、小苏打和水的质量，即可精确控制固定容积气瓶内的压力，实现不同压力范围内压力传感器的静态标定；本发明采用凸轮传动结构带动活塞压缩气体的方法，通过改变电机转速和凸轮轮廓曲线，精确控制标定系统内所形成的压力脉动幅值和频率，实现压力传感器的动态标定；此外，标定系统不需配备复杂的气泵，结构简单，且压力传感器标定完成后，可将固定容积气瓶内压力排空至大气压，便于携带、运输及存放。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种便携式压力传感器动静态标定系统，包括压力气瓶、测试管路、数据采集系统、气缸、活塞、导轨、活塞杆、圆柱凸轮、电机输出转轴、变频电机和变频器；其中，

该压力气瓶的出入口处设置有气瓶端盖，气瓶端盖上设置有压力表，通过测试管路连通至气缸的一端，活塞的一端设置在气缸的另一端内，活塞的另一端与导轨活动连接，能够相对导轨相对移动，活塞的另一端设置有滑轮，并安装在圆柱凸轮的轮廓曲线滑轨上，圆柱凸轮与变频电机的电机输出转轴连接，变频器用于控制变频电机工作；

测试管路上依次还设置有调节阀、1号球阀和2号球阀，两个球阀之间的测试管路测试点处设置有标准压力传感器和待标定压力传感器，且标准压力传感器和待标定压力传感器的输出端均连接至数据采集系统的输入端。

本发明进一步的改进在于，压力气瓶具有圆柱形腔体，压力气瓶出口开设有外螺纹。

本发明进一步的改进在于，气瓶端盖为正六边形腔体结构，其下端面开设有与压力气瓶出口外螺纹匹配的内螺纹，侧面设计有用于安装测试管路的内螺纹。

本发明进一步的改进在于，气瓶端盖的上端面开设有用于安装安全阀的内螺纹，并螺纹连接有安全阀。

本发明进一步的改进在于，气瓶端盖的侧面还开设有用于安装压力表的内螺纹。

本发明进一步的改进在于，标准压力传感器与待标定压力传感器在测试管路的轴向安装位置相同，数据采集系统通过数据线与标准压力传感器和待标定压力传感器相连。

本发明进一步的改进在于，标准压力传感器和待标定压力传感器呈180°周向布置。

本发明进一步的改进在于，压力传感器静态标定时，确认调节阀、1号球阀和2号球阀均处于打开状态，确认压力表显示值是否为0，若不为0，则开大调节阀的开度，加速压力气瓶内压力的排空；待压力表显示为0后，卸下压力气瓶，关闭调节阀、1号球阀和2号球阀，从压力气瓶出口往压力气瓶内按顺序加入柠檬酸、小苏打和水，然后迅速将压力气瓶安装在气瓶端盖上；待化学反应完成后，确认压力表显示值不再变化，若压力超过待标定压力传感器的测量范围，则通过调节阀将压力气瓶内压力降低至待标定压力传感器的最大量程之内；缓慢打开1号球阀，待1号球阀完全打开，且压力表显示值稳定后，打开数据采集系统，同时采集标准压力传感器和待标定压力传感器的压力测量数据，待采集完成后，通过调节阀逐渐降低压力气瓶内的压力，在多个不同稳定压力点下通过数据采集系统采集多组标准压力传感器和待标定压力传感器的压力测量数据；最后通过对比分析标准压力传感器和待标定压力传感器所测得的多组压力数据，确定待标定压力传感器的静态性能；

在压力传感器静态标定过程中，当压力气瓶内压力降至压力传感器动态标定的要求时，打开2号球阀，待气缸内压力与压力气瓶内压力一致时，关闭2号球阀；待压力传感器静态标定完成后，关闭1号球阀，打开2号球阀，打开变频器和变频电机，设置变频器的频率，变频器通过控制线控制变频电机在固定频率下带动圆柱凸轮转动，活塞杆在圆柱凸轮轮廓曲线路径下带动活塞在气缸内做往复运动，进而在测试管路内形成周期性的压力脉动，通过数据采集系统同时采集标准压力传感器和待标定压力传感器的压力脉动测量数据；因活塞杆的行程可由圆柱凸轮轮廓曲线精确计算，进一步根据活塞杆的行程即可获得活塞的实时位置，最终计算获得任一时刻测试管路内的压力；最后通过对比分析测试管路内压力的实时计算值、标准压力传感器和待标定压力传感器的测试值，确定待标定压力传感器的动态性能；

待压力传感器动静态性能标定完成后，关闭变频器、变频电机和数据采集系统，打开调节阀和1号球阀，待压力表显示值为0后，拆下标准压力传感器和待标定压力传感器。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提出的一种便携式压力传感器动静态标定系统，采用柠檬酸、小苏打和水发生化学反应生成CO₂气体以及利用凸轮传动结构带动活塞压缩气体的方法，可在在固定容积气瓶内形成恒定压力，通过改变电机转速和凸轮轮廓曲线，精确控制标定系统内形成的压力脉动的幅值和频率，同时实现压力传感器的动静态标定，简化压力传感器动静态标定的流程，提升传感器的标定效率；本发明的标定系统不需配备复杂的气泵，结构简单，且压力传感器标定完成后，可将固定容积气瓶内压力排空至大气压，提高了标定系统的便携性和安全性，便于压力传感器在安装现场的动静态性能参数标定。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图中：1、压力气瓶；2、气瓶端盖；3、压力表；4、安全阀；5、调节阀；6、测试管路；7、1号球阀；8、标准压力传感器；9、待标定压力传感器；10、数据采集系统；11、2号球阀；12、气缸；13、活塞；14、导轨；15、活塞杆；16、圆柱凸轮；17、电机输出转轴；18、变频电机；19、变频器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例进行详细说明。

请参阅图1所示，本发明提供的一种便携式压力传感器动静态标定系统，包括压力气瓶1、气瓶端盖2、压力表3、安全阀4、调节阀5、测试管路6、1号球阀7、标准压力传感器8、待标定压力传感器9、数据采集系统10、2号球阀11、气缸12、活塞13、导轨14、活塞杆15、圆柱凸轮16、电机输出转轴17、变频电机18和变频器19。

本实施例中压力气瓶1具有圆柱形腔体，容积为0.45L，外形尺寸高295mm，外径61mm，压力气瓶出口外螺纹为M18×1.5，设计压力为30MPa；气瓶端盖2为正六边形腔体，高60mm，六边形对比距离90mm，壁厚10mm，下端面中心设计有M18×1.5的内螺纹，上端面中心设计有M20×1.5的内螺纹，气瓶端盖2的两个正对侧面的中心设计有M14×1.5和M20×1.5的内螺纹，气瓶端盖2通过下端面内螺纹安装在压力气瓶1的出口上；压力表3的压力测量范围为0至2.5MPa，通过M14×1.5的螺纹结构安装在气瓶端盖2的侧面；安全阀4的开启压力为2.0MPa，通过M20×1.5的螺纹结构安装在气瓶端盖2的上端面；测试管路6的外径为20mm，内径为12mm，通过M20×1.5的螺纹结构安装在在气瓶端盖2的侧面；测试管路6安装后，测试管路6的支路离气瓶端盖2侧面的距离为60mm，调节阀5安装在测试管路6的支路上；1号球阀7的安装位置距测试管路6的支路70mm；标准压力传感器8和待标定压力传感器9的安装位置距1号球阀100mm；标准压力传感器8和待标定压力传感器9通过数据线与数据采集系统10相连；2号球阀11的安装位置距压力传感器60mm；气缸12为圆柱形腔体结构，外径80mm，内径60mm，长100mm，底部设计有M20×1.5的内螺纹，通过螺纹结构与测试管路6相连，气缸12安装后，其底部距离2号球阀的距离为50mm；活塞13安装在气缸12内，活塞杆15经导轨14通过螺纹与活塞13相连，活塞杆15尾部设计有滑轮，并安装在圆柱凸轮16的轮廓曲线滑轨上，圆柱凸轮16安装在电机输出轴17上，变频电机18和变频器通过控制线相连。

本实施例便携式压力传感器动静态标定系统的具体工作方式如下：

压力传感器静态标定时，确认调节阀5、1号球阀7和2号球阀11均处于打开状态，确认压力表3显示值是否为0，若不为0，则开大调节阀5的开度，加速压力气瓶1内压力的排空；待压力表3显示为0后，卸下压力气瓶1，关闭调节阀5、1号球阀7和2号球阀11，利用漏斗从压力气瓶出口往压力气瓶1内按顺序加入30g柠檬酸、30g小苏打和45ml水，然后迅速将压力气瓶1安装在气瓶端盖2上；待化学反应完成后，确认压力表3显示值不再变化，若压力超过待标定压力传感器9的测量范围，则通过调节阀5将压力气瓶1内压力降低至待标定压力传感器9的最大量程之内；缓慢打开1号球阀7，待1号球阀7完全打开，且压力表3显示值稳定后，打开数据采集系统10，同时采集标准压力传感器8和待标定压力传感器9的压力测量数据，待采集完成后，通过调节阀5逐渐降低压力气瓶1内的压力，在多个不同稳定压力点下通过数据采集系统10采集多组标准压力传感器8和待标定压力传感器9的压力测量数据；最后通过对比分析标准压力传感器8和待标定压力传感器9所测得的多组压力数据，确定待标定压力传感器9的静态性能。

在压力传感器静态标定过程中，当压力气瓶1内压力降至压力传感器动态标定的要求时，打开2号球阀11，待气缸12内压力与压力气瓶1内压力一致时，关闭2号球阀11；待压力传感器静态标定完成后，关闭1号球阀7，打开2号球阀11，打开变频器19和变频电机18，设置变频器19的频率，变频器19通过控制线控制变频电机18在固定频率下带动圆柱凸轮16转动，活塞杆15在圆柱凸轮16轮廓曲线路径下带动活塞13在气缸12内做往复运动，进而在测试管路6内形成周期性的压力脉动，通过数据采集系统10同时采集标准压力传感器8和待标定压力传感器9的压力脉动测量数据；因活塞杆15的行程可由圆柱凸轮16轮廓曲线精确计算，进一步根据活塞杆15的行程即可获得活塞13的实时位置，最终可计算获得任一时刻测试管路6内的压力；最后通过对比分析测试管路6内压力的实时计算值、标准压力传感器8和待标定压力传感器9的测试值，确定待标定压力传感器9的动态性能。根据待标定压力传感器9的频率标定要求，可通过改变变频器19的频率以及圆柱凸轮16的轮廓曲线，实现不同频率和压力脉动幅值下的压力传感器动态标定。

待压力传感器动静态性能标定完成后，关闭变频器19、变频电机18和数据采集系统10，打开调节阀5和1号球阀7，待压力表3显示值为0后，拆下标准压力传感器8和待标定压力传感器9。

Claims (8)

1.一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，包括压力气瓶(1)、测试管路(6)、数据采集系统(10)、气缸(12)、活塞(13)、导轨(14)、活塞杆(15)、圆柱凸轮(16)、电机输出转轴(17)、变频电机(18)和变频器(19)；其中，

该压力气瓶(1)的出入口处设置有气瓶端盖(2)，气瓶端盖(2)上设置有压力表(3)，通过测试管路(6)连通至气缸(12)的一端，活塞(13)的一端设置在气缸(12)的另一端内，活塞(13)的另一端与导轨(14)活动连接，能够相对导轨(14)相对移动，活塞(13)的另一端设置有滑轮，并安装在圆柱凸轮(16)的轮廓曲线滑轨上，圆柱凸轮(16)与变频电机(18)的电机输出转轴(17)连接，变频器(19)用于控制变频电机(18)工作；

测试管路(6)上依次还设置有调节阀(5)、1号球阀(7)和2号球阀(11)，两个球阀之间的测试管路(6)测试点处设置有标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)，且标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)的输出端均连接至数据采集系统(10)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，压力气瓶(1)具有圆柱形腔体，压力气瓶出口开设有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，气瓶端盖(2)为正六边形腔体结构，其下端面开设有与压力气瓶(1)出口外螺纹匹配的内螺纹，侧面设计有用于安装测试管路(6)的内螺纹。

4.根据权利要求3所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，气瓶端盖(2)的上端面开设有用于安装安全阀(4)的内螺纹，并螺纹连接有安全阀(4)。

5.根据权利要求3所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，气瓶端盖(2)的侧面还开设有用于安装压力表(3)的内螺纹。

6.根据权利要求1所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，标准压力传感器(8)与待标定压力传感器(9)在测试管路(6)的轴向安装位置相同，数据采集系统(10)通过数据线与标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)相连。

7.根据权利要求6所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)呈180°周向布置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种便携式压力传感器动静态标定系统，其特征在于，压力传感器静态标定时，确认调节阀(5)、1号球阀(7)和2号球阀(11)均处于打开状态，确认压力表(3)显示值是否为0，若不为0，则开大调节阀(5)的开度，加速压力气瓶(1)内压力的排空；待压力表(3)显示为0后，卸下压力气瓶(1)，关闭调节阀(5)、1号球阀(7)和2号球阀(11)，从压力气瓶出口往压力气瓶(1)内按顺序加入柠檬酸、小苏打和水，然后迅速将压力气瓶(1)安装在气瓶端盖(2)上；待化学反应完成后，确认压力表(3)显示值不再变化，若压力超过待标定压力传感器(9)的测量范围，则通过调节阀(5)将压力气瓶(1)内压力降低至待标定压力传感器(9)的最大量程之内；缓慢打开1号球阀(7)，待1号球阀(7)完全打开，且压力表(3)显示值稳定后，打开数据采集系统(10)，同时采集标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)的压力测量数据，待采集完成后，通过调节阀(5)逐渐降低压力气瓶(1)内的压力，在多个不同稳定压力点下通过数据采集系统(10)采集多组标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)的压力测量数据；最后通过对比分析标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)所测得的多组压力数据，确定待标定压力传感器(9)的静态性能；

在压力传感器静态标定过程中，当压力气瓶(1)内压力降至压力传感器动态标定的要求时，打开2号球阀(11)，待气缸(12)内压力与压力气瓶(1)内压力一致时，关闭2号球阀(11)；待压力传感器静态标定完成后，关闭1号球阀(7)，打开2号球阀(11)，打开变频器(19)和变频电机(18)，设置变频器(19)的频率，变频器(19)通过控制线控制变频电机(18)在固定频率下带动圆柱凸轮(16)转动，活塞杆(15)在圆柱凸轮(16)轮廓曲线路径下带动活塞(13)在气缸(12)内做往复运动，进而在测试管路(6)内形成周期性的压力脉动，通过数据采集系统(10)同时采集标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)的压力脉动测量数据；因活塞杆(15)的行程可由圆柱凸轮(16)轮廓曲线精确计算，进一步根据活塞杆(15)的行程即可获得活塞(13)的实时位置，最终计算获得任一时刻测试管路(6)内的压力；最后通过对比分析测试管路(6)内压力的实时计算值、标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)的测试值，确定待标定压力传感器(9)的动态性能；

待压力传感器动静态性能标定完成后，关闭变频器(19)、变频电机(18)和数据采集系统(10)，打开调节阀(5)和1号球阀(7)，待压力表(3)显示值为0后，拆下标准压力传感器(8)和待标定压力传感器(9)。