CN204514538U - 一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，包括压力罐、恒温器、压力罐盖、温度传感器、控制器、数字压力计标准器、进气管、排气管、进气阀和排气阀；所述压力罐设置在恒温器内，所述温度传感器设置在压力罐内，所述温度传感器和恒温器分别与控制器连接；所述数字压力计标准器与控制器信号连接；所述进气管和排气管与压力罐相通。本实用新型将待测无线压力数据采集仪设置密封的压力罐内，通过进气阀和排气阀调节压力罐内的压力，通过控制器控制恒温器，模拟了无线压力数据采集仪的实际使用环境；分别对采集仪在不同压力和不同温度进行校准，解决了无线压力数据采集仪量值溯源问题。

Description

一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置

技术领域

本实用新型涉及一种仪器校准装置，尤其涉及一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置。

背景技术

随着无线传感技术的发展，无线压力数据采集仪广泛应用于测量密闭容器内压力。请参阅图1，其是现有无线压力数据采集仪10的结构示意图。无线压力数据采集仪10包括压力传感器11、信号调理单元12、AD采样单元13、微处理器14、RF模块15和存储器16。所述压力传感器11输出电信号经信号调理单元12放大，由AD转换电路13转换为数字信号送入微处理器14进行数据处理，通过RF模块15发射给接收终端或者将数据存入存储器16。无线压力数据采集仪通常先设置工作模式、采集间隔、启停条件，然后置入压力密闭容器，设备加压，实时读取无线压力数据采集仪示值和采集时间。为了保证和提高无线压力数据采集仪的测试精度和稳定性，必须对无线压力数据采集仪进行定期计量校准。而无线压力数据采集仪不同于常规压力测量仪器，其不具备压力接头，测量时无需连接接头；并且无线压力数据采集仪使用的最高温度通常都超过了100℃，其内的传感器和测量电路均具有一定温度系数的。基于无线压力数据采集仪的特殊性，目前市场上尚未有对无线数据采集仪进行校准的装置。

实用新型内容

本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种对无线压力数据采集仪进行校准的、可调节温度的校准装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，包括压力罐、恒温器、压力罐盖、温度传感器、控制器、数字压力计标准器、进气管、排气管、进气阀和排气阀；所述压力罐设置在所述恒温器内，所述压力罐盖设置在压力罐上，所述温度传感器设置在所述压力罐内，所述温度传感器和恒温器分别与所述控制器连接；所述数字压力计标准器一端与压力罐盖上的压力接头连接并测量压力罐内压力，另一端与所述控制器信号连接；所述进气管和排气管穿过压力罐盖与所述压力罐相通，所述进气阀设置在进气管内，所述排气阀设置在排气管内。

本实用新型将待测无线压力数据采集仪设置密封的压力罐内，通过进气阀和排气阀调节压力罐内的压力，通过数字压力计标准器测量压力罐内的实际压力；通过控制器控制恒温器，进而调节压力罐内的温度大小，模拟了无线压力数据采集仪的实际使用环境；分别对采集仪在不同压力和不同温度进行校准，获得采集仪在各个校准点的示值误差和回程误差，解决了无线压力数据采集仪量值溯源问题。

进一步地，所述压力罐为密闭罐体。

进一步地，所述压力罐为耐高压、耐高温的罐体。

进一步地，所述压力罐盖为耐高压、耐高温、热传导性能好且密封性良好的盖体。

进一步地，所述压力罐盖与所述压力罐密封连接。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是现有无线压力数据采集仪10的结构示意图；

图2是本实用新型带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20的结构示意图；

图3是本实用新型带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20的系统工作原理图；

图4是图2所示恒温器22的结构示意图；

图5是图2所示的带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20的使用流程图。

具体实施方式

请同时参阅图2和图3，图2是本实用新型带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20的结构示意图。图3是本实用新型带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20的系统工作原理图。该带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置20包括：包括压力罐21、恒温器22、压力罐盖23、温度传感器24、控制器(图中未示)、数字压力计标准器25、进气管26、排气管27、进气阀28和排气阀29。所述压力罐21设置在所述恒温器22内，所述压力罐盖23设置在压力罐21上，所述温度传感器24设置在所述压力罐21内，所述温度传感器24和恒温器22分别与所述控制器连接。所述数字压力计标准器25一端与压力罐盖23上的压力接头(图中未示)连接并测量压力罐21内的压力，另一端与所述控制器信号连接，所述数字压力计标准器25直接测量压力罐21内的压力大小，并将压力信号传送到控制器内。所述进气管26和排气管27穿过压力罐盖23与所述压力罐21相通，所述进气阀28设置在进气管26内，所述排气阀29设置在排气管27内。

请参阅图4，其是图2所示恒温器22的结构示意图。所述恒温器22包括恒温器本体和控温传感器221，所述恒温器本体具有一用于放置压力罐21的空腔222，所述控温传感器221设置在该空腔222内并与所述控制器连接。所述恒温器本体的内壳224至外壳2之间分别设置有刚玉管225、镍铬加热丝226和氧化铝保温棉227。

具体的，所述压力罐21为耐高压、耐高温且热传导性能好的密闭罐体。相匹配地，所述压力罐盖23为耐高压、耐高温、热传导性能好且密封性良好的盖体。为确保采集仪测试压力罐21内压力时的准确性，所述压力罐盖23与所述压力罐21密封连接。

本实施例中，待测的无线压力数据采集仪30设置在压力罐21内并实时测量和记录压力罐21内的压力大小。所述无线压力数据采集仪30可实时记录压力罐21内压力的大小，待校准完成后，可从无线压力数据采集仪30内直接获取记录的压力罐压力值。所述无线压力数据采集仪30也可与所述控制器连接，实时将测量到的压力信号传送到所述控制器内。本实施例中，所述无线压力数据采集仪30与所述控制器信号连接。

本实用新型中，所述控制器还可以通过人机接口与上位机进行通信，在上位机上获取采集仪30采集的数据。

请参阅图5，其是图2所示的带控温系统的无线压力数据采集仪30校准装置20的使用流程图。

步骤1：进行压力示值校准；将待测无线压力数据采集仪30放置于压力罐21内，将压力罐盖23拧紧使压力罐21密封。通过控制器设定恒温器22的温度，使压力罐21内的温度保持在一定值上。打开进气阀28向压力罐21通气加压，并逐点提高压力罐21内压力的大小，获取数字压力计标准器25在各压力点的示值，获取采集仪30在各压力点的正、反行程示值，并计算采集仪30的示值误差和回程误差。

具体的，对某个压力校准点的测量，先通过控制器设定恒温器22的温度，使压力罐21内温度保持在一定值上。接着打开进气阀28，将外部气源通过进气管26向压力罐21通气加压，加压过程中，数字压力计标准器25不断测量压力罐21内的压力，并将测得的压力传送到控制器和上位机显示，手动不断地调节进气阀28和排气阀29，使数字压力计标准器25的示值在压力校准点附近时，关闭进气阀28和排气阀29。待压力稳定后，记录数字压力计标准器25的示值，并获取记录该示值的时刻值。本实用新型中，数字压力计标准器25作为标准器指示压力罐21内压力的实际值。无线压力数据采集仪30实时记录压力罐21内的压力示值并传送到所述控制器中。校准完成后，在控制器或上位机内读取与记录标准数字压力计标准器25时刻相对应的无线压力数据采集仪30的示值。为保证数据的可靠性，对每个校准压力校准点，需获取采集仪30正、反行程的示值，并计算该点的示值误差和回程误差。

示值误差的计算公式如下：

Δp＝p_R-p_S        (1)

式中，Δp为采集仪示值误差，其单位为kPa或MPa；p_R为采集仪各校准点正、反行程示值，其单位为kPa或MPa；p_S为数字压力计标准器在各校准点的示值，其单位为kPa或MPa。

回程误差可利用示值误差的数据进行计算，取同一校准点的正、反行程示值之差的绝对值作为采集仪的回程误差。

步骤2：进行温度特性校准；保持压力罐21内压力在一定值上，通过控制器调节恒温器22的温度，改变压力罐21内的温度，获取在不同温度下采集仪30的正、反行程示值，并计算示值误差和回程误差。

具体的，打开进气阀28，将外部气源通过进气管26向压力罐21加压，通过观测标注数字压力计，控制压力罐21内实际压力保持在一定值上，此时数字压力计显示的示值即为压力校准点示值。通过控制器设定恒温器22的温度，使压力罐21保持在某一恒定温度上。待压力稳定、压力罐21内外温度平衡后，读取温度传感器24测得的压力罐21内部温度，读取数字压力计标准器25和采集仪30的示值。接着逐点提高恒温器22的温度，在此过程中，调节进气阀28和排气阀29，使数字压力计标准器25显示的数值保持在校准压力校准点示值附近。待压力稳定、压力罐内外温度平衡后，读取温度传感器24测得的压力罐21的温度；读取该数字压力计标准器的示值，并获取记录该示值的时刻值；待校准完成后，读取与记录数字压力计标准器25时刻相对应的无线压力数据采集仪30的正、反行程的示值；并计算采集仪30的示值误差和回程误差。采集仪30的示值误差计算公式和公式(1)计算一致，这里不加赘述。回程误差可利用示值误差的数据进行计算，取同一校准点的正、反行程示值之差的绝对值作为采集仪30的回程误差。

进一步地，为说明本实用新型无线压力数据采集校准装置的科学可行性，本实用新型通过测量计算该校准装置的不确定度进行评定。步骤3：测量并计算无线压力数据采集仪校准装置的不确定度。

无线压力数据采集仪30校准装置的不确定度分为A类和B类不确定度，不确定度来源包括测量重复性引入的A类不确定度和数字压力计标准器引入的B类不确定度。

下面以一台标称范围为绝对压力(0～500)kPa，准确度为0.4级的无线压力数据采集仪3013为例，用一台绝对压力(0～700)kPa的0.02级数字压力计标准器在80℃下200kPa压力校准点进行不确定度评定。

1)A类不确定度和B类不确定度的灵敏系数计算

根据公式(1)求偏导得出各项的灵敏系数：

$c_1=\frac{\∂\mathrm{\Δp}}{\∂p_R}=1,c_2=\frac{\∂\mathrm{\Δp}}{\∂p_S}=-1---\left(2\right)$

2)测量重复性引入的A类不确定度

A类不确定度的主要来源是：温度引起的压力波动，数字压力计标准器短期不稳定性均会引起采集仪测量结果的不重复性。对被校采集仪30在80℃，200kPa的测量点上进行多次测量，测得值：200.7kPa，200.8kPa，200.7kPa，200.6kPa，200.9kPa，200.7kPa，200.8kPa，200.7kPa，200.9kPa，200.7kPa。按式(3)计算单次实验标准差

$s=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(p_i-\stackrel{\‾}{p})}^2}{n-1}}=0.10\mathrm{kPa}---\left(3\right)$

则标准不确定度为

u(P_R)＝0.10kPa         (4)

3)数字压力计标准器引入的不确定度

由数字压力计标准器引入的不确定度，属B类，选用的数字压力计标准器准确度等级为0.02级，服从均匀分布，包含因子为引入的不确定度：

$u\left(P_S\right)=\frac{700\×0.02\%}{\sqrt{3}}=0.08\mathrm{kPa}---\left(5\right)$

4)标准不确定度的合成

由于不确定度分量独立不相关，则合成不确定度为

$u_c=\sqrt{c_1^2{u}^2\left(P_R\right)+c_2^2{u}^2\left(P_S\right)}=0.13\mathrm{kPa}---\left(6\right)$

5)扩展不确定度

取置信概率为95％，k＝2，则扩展不确定度为

U₉₅＝0.26kPa           (7)

检采集仪30在200kPa的最大允许误差为±2kPa，校准不确定度小于被检采集仪30最大允许误差1/3，满足校准要求。

目前市场上的无线压力数据采集仪准确度等级为0.4级，不确定度评定符合量值传递要求。选取了国外2个厂家的无线压力数据采集仪进行了试验，试验结果与出厂检测结果相符，表明校准方法科学可行，满足无线压力记录仪量值传递的需求。

本实用新型将待测无线压力数据采集仪设置密封的压力罐内，通过进气阀和排气阀调节压力罐内的压力，通过数字压力计标准器测量压力罐内的实际压力；通过控制器控制恒温器，进而调节压力罐内的温度大小，模拟了无线压力数据采集仪的实际使用环境；分别对采集仪在不同压力和不同温度进行校准，获得采集仪在各个校准点的示值误差和回程误差，解决了无线压力数据采集仪量值溯源问题。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (5)

1.一种带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，其特征在于：包括压力罐、恒温器、压力罐盖、温度传感器、控制器、数字压力计标准器、进气管、排气管、进气阀和排气阀；所述压力罐设置在所述恒温器内，所述压力罐盖设置在压力罐上，所述温度传感器设置在所述压力罐内，所述温度传感器和恒温器分别与所述控制器连接；所述数字压力计标准器一端与压力罐盖上的压力接头连接并测量压力罐内压力，另一端与所述控制器信号连接；所述进气管和排气管穿过压力罐盖与所述压力罐相通，所述进气阀设置在进气管内，所述排气阀设置在排气管内。

2.根据权利要求1所述的带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，其特征在于：所述压力罐为密闭罐体。

3.根据权利要求2所述的带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，其特征在于：所述压力罐为耐高压、耐高温且热传导性能好的罐体。

4.根据权利要求3所述的带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，其特征在于：所述压力罐盖为耐高压、耐高温、热传导性能好且密封性良好的盖体。

5.根据权利要求4所述的带控温系统的无线压力数据采集仪校准装置，其特征在于：所述压力罐盖与所述压力罐密封连接。