CN203643083U - 低温压力传感器自动校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及低温压力传感器自动校准装置，包括压力控制模块、低温环境控制模块以及校准模块；低温环境控制模块包括单极G-M制冷机组、PLC以及低温恒温器；压力控制模块包括氦气瓶、高压气阀、增压系统、进气阀、自动压力控制校验仪以及高压气体管路，氦气瓶通过高压气阀与自动压力控制校验仪的入口连接，自动压力控制校验仪的出口通过进气阀将标准压力源注入至低温恒温器的内腔内；校准模块包括数据采集系统和工控机，工控机控制数据采集系统。本实用新型解决了现有技术中缺少对压力传感器在低温环境下的校准装置的技术问题，本实用新型装置可有效解决低温压力传感器的量值溯源问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及低温压力传感器自动校准装置。
背景技术
压力测量是发动机试车时监测的主要参数之一，并在发动机地面试车参数测量中占有重要地位，它在判断发动机故障方面起着重要作用[1]。压力测量值的准确与否，直接关系到发动机工作的质量及性能的评价。因此对于型号用压力传感器的准确度及可靠性有着严格的要求。根据国家计量检定规程及型号任务书的要求，地面试验及飞行中的测压仪表，必须是检定受控的，有些重要部位测试使用的压力传感器必须保证其可靠性。
据了解，国内目前缺乏在低温环境下压力传感器的校准手段，因此，实际使用中的压力传感器只能在常温下对其进行校准，但由于使用环境温度相差过大，其校准特性已不能真实反映实际的压力值，使常温下的校准与实际工况下的压力传感器校准特性有一定的差异。在实际发动机地面试车中，发动机预冷使得低温压力传感器的使用温度在-174℃～-183℃，所以引起压力传感器在低温状态下膜片应力发生变化，这时可引起的零位漂移最大为（0.1～2）MPa的压力。根据大量的试车试验可知，低温对传感器的零位影响较大；通过试验对压力传感器的温度效应进行了研究，结果表明，当温度在低温范围内变化时，压力传感器的零点输出有较大的变化，但输出特性仍保持良好的线性；灵敏系数随温度的升高而减小。因此，研制低温压力传感器校准装置，可以有效的保证发动机液氧管路系统压力测量的准确性，从而保证了性能评估的可靠性及故障诊断的准确性，具有非常重要的现实意义。
发明内容
为了解决现有技术中缺少对压力传感器在低温环境下的校准装置的技术问题，本实用新型提供一种低温压力传感器自动校准装置，该装置可有效解决低温压力传感器的量值溯源问题。
本实用新型的技术解决方案：
一种低温压力传感器自动校准装置，其特殊之处在于：包括压力控制模块、 低温环境控制模块以及校准模块；
所述低温环境控制模块包括单极G-M制冷机组1、PLC8以及低温恒温器9，所述单极G-M制冷机组将冷源注入至低温恒温器9的内腔内，所述PLC8控制单极G-M制冷机组1和低温恒温器9的加热器；
所述压力控制模块包括氦气瓶7、高压气阀6、增压系统5、进气阀3、自动压力控制校验仪11以及高压气体管路13，所述氦气瓶7通过高压气阀6与自动压力控制校验仪11的入口连接，所述自动压力控制校验仪11的出口通过进气阀将标准压力源注入至低温恒温器9的内腔内；
所述校准模块包括数据采集系统10和工控机12，所述工控机12控制数据采集系统10，所述数据采集系统10用于采用压力传感器的信号及低温恒温器内、外腔的温度传感器信号，并进行分析处理。
上述自动压力控制校验仪11采用Mensor生产的CPC8000。
上述压力控制模块还包括压力表2和排气阀4，所述压力表2设置在与低温恒温器连通的高压气体管路13上，所述排气阀4与压力表2连接。
上述PLC8为西门子的PLC。
本实用新型所具有的优点：
1、本实用新型可有效解决低温压力传感器的校准问题，保证液体火箭发动机试验用低温压力传感器的量值溯源到国家最高标准上，校准装置性能稳定，装置的扩展不确定度满足型号试验的准确度要求，校准程序符合相关国家计量/校准的规程规范的要求。
2、本实用新型的低温恒温系统采用单极G-M制冷机组作为冷量来源，采用PLC作为温度控制核心，在出气口安装有温度传感器，低温恒温器内部布置有加热器。系统运行后，PLC采集低温恒温器容腔内壁面附近的温度，以调节低温恒温器内加热器的加热功率，进行PID调节，从而将低温氦气加热至指定温度。温度采用闭环温度控制范围-196℃～20℃，温场稳定，控制精度为±2℃，符合相关项目的技术要求。
3、本实用新型压力控制模块采用压力精度为0.01%FS的数字压力计作为压力控制器，设计最高压力为20MPa，被校低温压力传感器接在低温恒温器的压力校准台上，参照压力传感器的检定规程进行计量检定工作。
4、本校准装置的扩展不确定度为0.1%，满足相关型号压力测量的量值溯源要求，开创了低温压力传感器真实环境校准的先例。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构原理示意图；
其中附图标记为：1-单极G-M制冷机组，2-压力表，3-进气阀，4-排气阀，5-增压系统，6-高压气阀，7-氦气瓶，8-PLC，9-低温恒温器，10-数据采集系统，11-自动压力控制校验仪，12-工控机，13-高压气体管路。
具体实施方式
本实用新型采用模块化的设计思路，分三个部分，分别是压力控制模块、低温环境控制模块、校准模块，可独立设计，预留接口，集成使用。
压力控制模块主要是产生并控制标准压力传输到被检的压力传感器，然后采用被检压力传感器做比对校准。主要包括：气源（氦气瓶）7、自动压力控制校验仪11、增压系统（含增压泵）5、高压气体管路13、压力校验台以及相应的控制阀3,4,6等。
气源（氦气瓶）7：压力传递的运行介质，由于负温达到-196℃，因此选择氦气作为传压介质。
自动压力控制校验仪11：采用Mensor生产的CPC8000全自动压力控制器作为主标准器，对压力进行精确控制。测量范围：（0～20）MPa；精度：0.01%FS；控制稳定性：0.001%。
增压系统（含增压泵）5：氦气从氦气瓶出来以后须经过增压管路（增压泵）达到控制器所需的指定压力。
高压气体管路13：由于装置的技术指标高压部分较高，达到20MPa,并且使用介质为氦气，其安全特别重要。对于校验台的管件连接要求很高，高压管路采用不锈钢材料，全部管路须进行密封检查和打压试验（1.5倍），确保无泄漏。
压力校验台以及相应的控制阀3,4,6：压力校验台采用法兰端面采用不锈钢材料，通过法兰将压力校验台与恒温器端面固定连接，被校压力传感器安装在压力校验台上。
低温环境控制模块主要是产生低温并控制温度。主要包括：单极G-M制冷机组1、PLC（温度控制系统）8、低温恒温器9以及相应的电测引线等。
单极G-M制冷机组1：制冷的冷量来源；
PLC（温度控制系统）8：系统运用西门子PLC配备触摸屏作为控制核心，在绝热管道出气口布置有温度传感器，恒温器内部布置有加热器，两路真空管路通断采用低温电磁阀控制；
低温恒温器9：包括外胆、内胆、进气阀门和控温单元等组成。恒温器内腔安装连接在单极G-M制冷机组冷头上，通过氦气管路将外部氦气输送至恒温器内腔。
校准模块主要是实现本系统的自动控制，主要由数据采集系统10、工控机12等组成。校准流程参照《JJG860-1994压力传感器器检定规程》方法，当气路开通，校准之前的初始化工作做完之后，装置可同时对压力控制校验仪进行控制与对温度模块进行控制。按照预先设计好的程序进行低温传感器的自动校准工作，形成证书报告。
数据采集系统10：主要用于被压力传感器及实验压力腔内外温度传感器信号采集与分析处理，其主要包括电压源、数据采集模块，通信接口线等
工控机12：专用校准软件的运行载体。
该装置工作时，开启单极G-M制冷机组，将温度控制在指定温度，为整个校准过程提供低温环境。然后开启相应阀门，将数字压力计设定到指定压力值，以《JJG860-1994压力传感器检定规程》为参照进行校准工作。校验前根据被测设备的量限开启相应校验通路和阀门，其它通路闭合。在高压段，打开气瓶阀，通过增压泵将气瓶压力提高到所需压力送入标准设备；在中、低压段，打开气瓶阀，通过减压器将气瓶压力降低至所需压力送入标准设备。在进气路设置有低速增压阀和快速增压阀各一个，可选择低速或快速加压，当压力与参考压力平衡后，即可进行校准；在排气路相应地设置有低速卸压阀和快速卸压阀，当压力超过设定值或进行降压校验时，可选择低速或快速卸压，压力平衡后即可进行校准。阀门的动作由校准软件指导控制，校准软件应确保阀门控制信号和阀门反馈信号对应，阀门动作正确，否则及时产生报警信号。整个校准过程中要求被测压力传感器处温度基本恒定，其温度由温度传感器采集。
校准工作中数字压力计的设定值、被测压力传感器输出的电压值、校准点处的温度值等数据都将采集到校准软件里做数据处理，校准软件不仅需要实时采 集压力、温度数据，还要能准确与及时地存储、显示数据，并且参考检定校准规程，针对不同型号的压力传感器采用不同的数据处理方法，实现低温压力传感器的自动校准。整个校准工作完毕后，关闭制冷机组，所有气路阀门。
设计研制了一套可在低温环境下检定/校准压力传感器的装置。该装置采用模块化设计方法，各模块可独立使用，从而提高了低温压力传感器自动检定/校准装置的使用效率。该装置的工作温度可以从室温到-196℃，期间温度可连续变化，压力范围为（0～20）MPa，检定/校准装置的不确定度为0.1%(k=2)。该检定/校准装置的建立，有效的保证了发动机试车所用低温压力传感器液氧管路系统压力测量的准确性，也保证了发动机性能评估的可靠性及故障诊断的准确性。
Claims (3)
1.一种低温压力传感器自动校准装置，其特征在于：包括压力控制模块、低温环境控制模块以及校准模块；
所述低温环境控制模块包括单极G-M制冷机组（1）、PLC（8）以及低温恒温器（9），所述单极G-M制冷机组将冷源注入至低温恒温器（9）的内腔内，所述PLC（8）控制单极G-M制冷机组（1）和低温恒温器（9）的加热器；
所述压力控制模块包括氦气瓶（7）、高压气阀（6）、增压系统（5）、进气阀（3）、自动压力控制校验仪（11）以及高压气体管路（13），所述氦气瓶（7）通过高压气阀（6）与自动压力控制校验仪（11）的入口连接，所述自动压力控制校验仪（11）的出口通过进气阀将标准压力源注入至低温恒温器（9）的内腔内；
所述校准模块包括数据采集系统（10）和工控机（12），所述工控机（12）控制数据采集系统（10），所述数据采集系统（10）用于采用压力传感器的信号及低温恒温器内、外腔的温度传感器信号，并进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的低温压力传感器自动校准装置，其特征在于：所述自动压力控制校验仪（11）采用Mensor生产的CPC8000。
3.根据权利要求1或2所述的低温压力传感器自动校准装置，其特征在于：所述压力控制模块还包括压力表（2）和排气阀（4），所述压力表（2）设置在与低温恒温器连通的高压气体管路（13）上，所述排气阀（4）与压力表（2）连接。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140611 Termination date: 20141014 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |