壓力變送器

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關(guān)于一種多通道壓力變送器的校準臺淺析

作時間:2019-09-20  來源:上海市計量測試技術(shù)研究院  作者:秦亭亭,洪扁,馬力,馮齊斌,徐煦
   
摘 要:針對壓力變送器校準過程中輸出信號不統(tǒng)一導(dǎo)致的接線復(fù)雜、成本較高的問題,設(shè)計了一種信號轉(zhuǎn)換箱。該信號轉(zhuǎn)換箱通過六角開關(guān)的切換可將精密電阻與被檢壓力變送器串聯(lián),進而將壓力變送器的輸出電流信號轉(zhuǎn)換為精密電阻兩端的電壓信號,實現(xiàn)壓力變送器輸出信號的統(tǒng)一。另外,設(shè)計一種多通道校準臺,可搭配使用實現(xiàn)多臺壓力變送器的同時校準。
0 引言
壓力測量儀器儀表按照工作原理可分為液體式壓力計、彈性式壓力計、活塞式壓力計、壓力變送器和數(shù)字式壓力計五大類[1] 。壓力變送器是通過某些轉(zhuǎn)換元件,將壓力變成電量來測量的壓力計,一般包括壓力變送器和壓力傳感器。
壓力變送器是一種將壓力信號轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號來進行控制和遠傳的設(shè)備。它能感受壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉藴瘦敵鲭娦盘,?4~20 mA 電流信號或 1~5 V 電壓信號[2] 。壓力變
送器的校準通常利用數(shù)字壓力控制器作為壓力標準器,提供標準壓力值;利用直流電流表或直流電壓表作為電信號標準器。校準過程中,每臺壓力變送器必須配備相應(yīng)的直流電流表或直流電壓表,多臺壓力變送器同時校準時連線復(fù)雜,成本巨大。針對這一問題,本文設(shè)計了一種信號轉(zhuǎn)換箱和多通道校準臺,該校準臺利用精密電阻將壓力變送器的輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號;利用多通道數(shù)據(jù)采集器作為電信號標準器,可同時采集 20 路壓力變送器的輸出電壓信號值,降低了校準成本,提高了工作效率。
1 多通道壓力變送器校準系統(tǒng)
本文設(shè)計的多通道壓力變送器校準系統(tǒng)主要包括:數(shù)字壓力控制器、多通道數(shù)據(jù)采集器、自制信號轉(zhuǎn)換箱、直流電源、機械泵及分子泵組、多通道檢測臺、計算機和打印機。圖1為該系統(tǒng)的主要構(gòu)成,圖中被檢壓力變送器為兩線制電流輸出,多個壓力變送器通過氣路與數(shù)字壓力控制器串聯(lián),其輸出信號線通過信號轉(zhuǎn)換箱與供電電源和多通道數(shù)據(jù)采集器相連。
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該校準系統(tǒng)的壓力標準器選用數(shù)字壓力控制器,數(shù)字壓力控制器準確度等級為 0.01 級,量程可覆蓋真空 ~10 MPa。電信號標準器部分,常用的數(shù)字多用表僅有一路電壓或者電流信號,因此,當同時校準多臺壓力變送器時,需要同時連接多臺數(shù)字多用表,連接線路復(fù)雜且成本較高。目前市場上多通道信號采集器多為電壓信號,相對于多通道電流采集器,多通道電壓采集器精度較高且穩(wěn)定性較好,因此,本項目采用多通道電壓采集器作為電信號標準器,該采集器可同時采集 20 路電壓信號。
2 信號轉(zhuǎn)換箱
壓力變送器的供電電壓常為 24 V DC,常見的接線方式分為兩線制電流輸出、三線制電壓輸出和四線制電壓輸出[3] ,如圖 2 所示。
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本文設(shè)計一多通道電流電壓轉(zhuǎn)換箱,可以利用精密電阻將壓力變送器的輸出信號統(tǒng)一為電壓信號,方便多通道數(shù)據(jù)采集器的采集與測量。圖 3(a)為四通道電流電壓轉(zhuǎn)換箱外觀設(shè)計圖,圖 3(b)為電阻箱內(nèi)部接線圖。如圖 3(b)所示,信號轉(zhuǎn)換箱內(nèi)的每個電阻的一端均與六腳開關(guān)的一個公共端連接,另一端連接電源負極。該六腳開關(guān)的另一個公共端連接待校壓力變送器的信號輸出端,一個常閉端連接多通道數(shù)據(jù)采集器。該常閉端與一個常開端短接,另一個常開端與上述一個公共端短接。待校壓力變送器的電源正端與電源正極連接,圖 3(a)四個插線孔分別對應(yīng)六腳開關(guān)的另一個公共端、一個常閉端以及電源正極、電源負極。圖 3(b)中的六腳開關(guān)的 1、6 端為公共端,2、5 端為常閉端,3、4 端為常開端。按下開關(guān),該六腳開關(guān)的連線由原來的2-6端,1-5 端連接變?yōu)?1-3 端,4-6 端連接,也可以選擇其他類型的六腳開關(guān)。該電路中的電源可以有220 V 交流電通過整流模塊變?yōu)?24 V 直流電,以為待校壓力變送器供電,也可以根據(jù)待校壓力變送器的電源類型進行選擇。這樣,通過六腳開關(guān)就可以實現(xiàn)與之相連的電阻接入或者斷開,測試人員可以根據(jù)與之相連的待校壓力變送器的輸出類型通過開關(guān)選擇是否接入電阻。接入電阻時,被檢壓力變送器的直流電流將被轉(zhuǎn)換為精密電阻兩端的輸出電壓。本文設(shè)計的信號轉(zhuǎn)換箱內(nèi)電阻選擇 0.01 級,250 Ω精密電阻。當壓力變送器的輸出信號為 4~20 mA 時,串聯(lián)的精密電阻兩端的電壓應(yīng)為 1~5 V。
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3 多通道校準臺
為了實現(xiàn)多臺壓力變送器的同時校準,必須將這些儀器通過氣路同時連接至數(shù)字壓力控制器的TEST +端。本文設(shè)計一轉(zhuǎn)四的氣路支架,如圖4所示。支架可以單好使用,也可以相連同時使用,中間設(shè)計截止閥門。將信號轉(zhuǎn)換箱設(shè)置在檢測平臺上,更加方便上門校準時攜帶。支架設(shè)置了輸出端口,多個支架相連可實現(xiàn)多臺變送器的同時校準。
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4 實驗結(jié)果分析
本文設(shè)計的信號轉(zhuǎn)換箱如圖 5 所示,圖中被檢的壓力變送器為兩線制電流輸出,信號轉(zhuǎn)換箱表面的紅黑端口為電源端口,藍黃端口為信號端口,紅黑端口引線接到壓力變送器的電源正負端,藍黃端口引線接到數(shù)字多用表的相應(yīng)信號端。如圖 5(a)所示,當撥動開關(guān)處于電流檔時,藍黃端口連接至數(shù)字多用表的電流檔,輸出信號顯示為 3.984 0 mA。圖 5(b) 中,撥動開關(guān)撥至電壓檔,此時被檢壓力變送器與精密電阻串聯(lián),通過精密電阻的電流與被檢壓力變送器輸出電流相同,藍黃端口連接至數(shù)字多用表的電壓檔,此時理論輸出電壓應(yīng)為(250 Ω±250 Ω×0.01%)×3.984 0 mA=0.996 0 V±0.000 1 V,圖 5(b)中的數(shù)字多用表輸出信號顯示為 0.996 1 V,在理論輸出電壓范圍內(nèi)。一個多通道校準臺可實現(xiàn)四臺壓力變送器的同時校準,通過校準臺串聯(lián),并將信號線一次接入多通道數(shù)據(jù)采集器,可實現(xiàn)更多壓力變送器的同時校準與數(shù)據(jù)采集。另外,該校準臺wuxu外接電源,使用方便,操作簡單,可大大提高壓力變送器的校準效率。
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5 結(jié)語
本文針對壓力變送器輸出信號不統(tǒng)一導(dǎo)致的校準效率低下的問題,設(shè)計了一種可切換電阻電壓信號轉(zhuǎn)換箱,通過六腳開關(guān),可選擇是否接入精密電阻,進而實現(xiàn)了電流輸出的壓力變送器信號轉(zhuǎn)換為精密電阻兩端的電壓信號。其次,通過設(shè)計多通道校準臺可方便實現(xiàn)多通道壓力變送器的同時校準,該裝置體積輕便,方便上門校準,可大幅度提高壓力變送器的校準效率。
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