阅读说明：本技术 一种多功能压力测量监视系统的在线检测装置 (On-line detection device of multifunctional pressure measurement monitoring system ) 是由 叶加星 倪向红 崔尧尧 徐浩然 吕佳 孙雄 包玉树 吴锁贞 李金俊 王少华 梅益 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多功能压力测量监视系统的在线检测装置,包括前端传感器测量校准装置和用于测量校准压力测量监视系统后级的后级测量校准装置。前端传感器测量校准装置中,左缸体和右缸体通过固定环左右对称地设置在底座上,两缸体之间安装有结构相同的左稳定座、右稳定座；左稳定座侧面安装有左齿轮,右稳定座侧面安装有右齿轮；左缸体中设有左丝杆、左丝杆套、左活塞；右缸体中设有右丝杆、右丝杆套、右活塞；电机通过支架固定在底座上,主齿轮与电机输出轴相连。本发明使用同一检测装置能够同时解决压力测量监视系统从前端传感器到后端显示系统的全范围的校准,在缩小装置体积前提下提升压力测量监视系统整体的测量精度。(The invention discloses an on-line detection device of a multifunctional pressure measurement monitoring system, which comprises a front-end sensor measurement and calibration device and a rear-stage measurement and calibration device for measuring and calibrating the rear stage of the pressure measurement monitoring system. In the front-end sensor measurement and calibration device, a left cylinder body and a right cylinder body are arranged on a base in a bilateral symmetry mode through fixing rings, and a left stabilizing seat and a right stabilizing seat which are identical in structure are arranged between the two cylinder bodies; a left gear is arranged on the side surface of the left stabilizing seat, and a right gear is arranged on the side surface of the right stabilizing seat; a left screw rod, a left screw rod sleeve and a left piston are arranged in the left cylinder body; a right screw rod, a right screw rod sleeve and a right piston are arranged in the right cylinder body; the motor is fixed on the base through the bracket, and the main gear is connected with the output shaft of the motor. The invention can simultaneously solve the full-range calibration of the pressure measurement monitoring system from the front-end sensor to the rear-end display system by using the same detection device, and improves the overall measurement precision of the pressure measurement monitoring system on the premise of reducing the volume of the device.)

一种多功能压力测量监视系统的在线检测装置

技术领域

本发明属于仪器仪表检测技术领域，具体涉及一种多功能压力测量监视系统的在线检测装置。

背景技术

近年来，随着电力系统对非电量保护重视程度越来越高，对压力仪表准确安全的运行越来越关注。为了更加精确的反映压力仪表的运行情况，需要对压力参数仪表进行测试，同时，还需要对压力测量监视系统进行全方位的检测。

压力测量监视系统主要由压力变送器与数据采集器、信号处理系统和终端显示等单元一起构成，是一种很重要的自动化现场测量系统，它可将压力变量转换为可传送的标准化输出信号，它的测量精度、性能等指标是否符合要求，是否能够准确地测得设备的压力参数并实时反映到控制系统中，以便控制系统对生产设备进行安全保护，运维人员实时掌握设备内部的压力情况，是生产安全运行的重要条件。压力测量监视系统主要用于压力的远程显示和控制，其常在高温、低压、腐蚀、振动等环境下工作，出现故障的几率较大，因此对压力测量监视系统进行定期检定或校准是非常必要的。对于新安装和经过一段时间使用的压力变送器，甚至整个压力测量监视系统的计量性能，都需要进行校准，确保其计量性能符合生产过程的工艺要求。

目前在检测过程中存在两方面的问题：(1)压力变送器检测的通常的做法是将元件拆下，送至实验室进行变送器的检定或校准。但这样相当于只对测量系统的传感器进行了校准，对后级的参数变换模块没有进行校准，无法得到整个压力测量系统的准确度。(2)由于压力变送器的远传信号线上叠加了电压信号，多数现场环境或条件不利于测量系统的拆卸，且拆卸不当会导致电压信号短路，引起控制柜里的信号转换板损坏。

因此，对以压力变送器为核心的压力测量监视系统进行在线校准，才能对测量系统的准确度有明确的认识，可以直观地得到压力变送器各点的示值误差，这样的系统校准才有实际意义。

而要对压力测量监视系统进行在线校准就必须要研制可同时输出压力信号及电测量信号的小型化压力计量设备，传感器端用其压力信号输出功能对传感器进行校验，转换及显示端用其高精度电测量信号输出功能对转换及显示部分进行校验。传感器端进行校验时：只能用在相应的压力测量点附近进行测试，但是现有压力设备都较大，无法搬运至压力测量点附近；且目前的压力检测设备只能提供一种压力范围的检测，或高压力范围或低压力范围，无法同时对多种压力范围的压力测量监视系统进行压力在线检测。

同时，现有技术中，尚无能够同时实现压力传感器和压力测量监视系统后级(数据采集器、信号处理系统和终端显示)的检测设备，无法在线对压力测量监视系统进行整体全面的检测工作。

发明内容

本发明提出一种小型化的，能够同时实现压力传感器和压力测量监视系统后级的在线校准，并能够同时进行高压计量与低压计量的多功能压力测量监视系统的在线检测装置。

本发明所采用的技术方案为：

一种多功能压力测量监视系统的在线检测装置，包括前端传感器测量校准装置和用于测量校准压力测量监视系统后级的后级测量校准装置；所述前端传感器测量校准装置包括电机、底座、主齿轮、左齿轮、右齿轮、左转轴、右转轴、左稳定座、右稳定座、左丝杆、右丝杆、左缸体、右缸体以及固定环；

所述左缸体和右缸体通过固定环左右对称地设置在底座上，两个缸体分别用于存放不同介质；两个缸体之间安装有结构相同且均为L型的左稳定座、右稳定座，所述左稳定座底面与左缸体底部固定连接，所述右稳定座底面与右缸体底部固定连接；所述左稳定座侧面上安装有左齿轮，所述右稳定座侧面上安装有右齿轮；

所述左缸体中设有左丝杆、左丝杆套、左活塞，左丝杆的左端部固定连接左活塞，左丝杆外螺纹连接有左丝杆套，所述左丝杆套右端部与左齿轮相连；所述左齿轮旋转时，带动左丝杆套旋转，使得左丝杆在左缸体中左右来回运动，从而带动左活塞沿着左缸体运动，其中，所述左活塞在缸体中不可转动；

所述右缸体中设有右丝杆、右丝杆套、右活塞，所述右丝杆的右端部固定连接右活塞，所述右丝杆外螺纹连接有右丝杆套，所述右丝杆套左端部与右齿轮相连；所述右齿轮旋转时，带动右丝杆套旋转，使得右丝杆在右缸体中左右来回运动，从而带动右活塞沿着右缸体运动，其中，所述右活塞在缸体中不可转动；

所述电机通过支架固定在底座上，所述主齿轮与电机输出轴相连，所述主齿轮同时与左齿轮、右齿轮相啮合；所述电机驱动主齿轮转动，从而带动左齿轮、右齿轮转动；

所述左稳定座和右稳定座底部分别固定有左滑块和右滑块，所述底座上设置有分别与左滑块、右滑块相适配的左滑槽、右滑槽，使得左缸体能够沿着左滑槽在固定环中左右移动、右缸体能够沿着右滑槽在固定环中左右移动；其中，所述左缸体移动至左滑槽的最左端时，所述左齿轮脱离主齿轮；所述右缸体移动至右滑槽的最右端时，所述右齿轮脱离主齿轮；

所述左滑槽、右滑槽中均设有限位块，分别用于将左滑块固定在左滑槽的最右端、右滑块固定在右滑槽的最左端；

所述左缸体端部设有与左缸体内部相通的左安装接口、右缸体端部设有与右缸体内部相通的右安装接口，每个安装接口用以同时连接一个标准仪器与一个待检测仪器。

进一步地，所述左齿轮的中心设有左转轴，所述左转轴的一端连接左稳定座，另一端连接左丝杆套；所述右齿轮的中心设有右转轴，所述右转轴的一端连接右稳定座，另一端连接右丝杆套。

进一步地，所述左齿轮与右齿轮平行设置且大小相同；所述主齿轮的厚度大于左齿轮、右齿轮的厚度。

进一步地，所述左丝杆外表面设有与左丝杆套内表面相适配的外螺纹，所述右丝杆外表面设有与右丝杆套内表面相适配的外螺纹，所述主齿轮带动左齿轮和右齿轮同时转动时，所述左丝杆和右丝杆运动方向相反。

进一步地，所述限位块为长条形，一限位块可拆卸地贯穿设置于左滑槽中，与左滑槽垂直；另一限位块可拆卸地贯穿设置于右滑槽中，与右滑槽垂直。

进一步地，所述左活塞、右活塞的形状分别与左缸体、右缸体内壁形状相适配，且左活塞与左缸体内壁的接触部分为橡胶圈、右活塞与右缸体内壁的接触部分为橡胶圈。

进一步地，所述左缸体与右缸体均为柱状腔体，腔体中分别存放液压油与空气。

进一步地，所述左安装接口与右安装接口均向上设置。

进一步地，所述安装接口处设有螺纹，适配标准仪器与待检测仪器；所述标准仪器与待检测仪器均包括压力表、压力测量仪。

进一步地，所述后级测量校准装置包括依次相连的GD32F103C8控制芯片、NECTLP620光耦、数模转换电路、PI控制器、滤波电路、功率输出电路、模拟负载、信号放大电路、运算电路和模数转换电路，所述模数转换电路与NECTLP620光耦相连，GD32F103C8控制芯片还连接有显示屏。

本发明的有益效果在于：

本发明的在线检测装置中，前端传感器测量校准装置采用双缸体结构，一侧缸体内装有液压油，另一缸体装有空气，使用同一测量校准装置能够同时解决低压计量和高压计量的使用，且减小了装置的体积，使现场压力测量系统的在线校验成为可能；本发明的前端传感器测量校准装置还设有稳定座和固定环，使齿轮带动丝杆转动时，整体装置更加稳定，减少能量损失；采用大齿轮带动较小齿轮转动，提高了转速，能在较短时间内达到目标压力。压力测量监视系统后级由后级测量校准装置进行测量，使得在线检测装置能够同时实现压力传感器和压力测量监视系统后级的在线校准，提高了在线检测装置的适用性，提高了压力测量监视系统整体的测量校准精度。

附图说明

图1为本发明中，前端传感器测量校准装置的结构剖视示意图；

图2为限位块结构俯视示意图；

图3为本发明中，后级测量校准装置的电路组成结构示意图；

图4为数模转换电路的电路结构示意图；

图5为功率输出电路(测试信号输出)的电路结构示意图；

图6为本发明的在线检测装置的外观结构正视图；

附图标记：1-显示屏，2至5为压力输出口，a至l(字母L的小写形式)为六对电信号输出口；

10、底座；20、主齿轮；30、左齿轮；40、右齿轮；50、固定环；60、电机；70、限位块；80、标准仪器与待检测仪器；

31、左转轴；32、左稳定座；33、左丝杆；34、左缸体；35、左丝杆套；36、左活塞；37、左滑块；38、左滑槽；39、左安装接口；41、右转轴；42、右稳定座；43、右丝杆；44、右缸体；45、右丝杆套；46、右活塞；47、右滑块；48、右滑槽；49、右安装接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细的说明。

本发明提出多功能压力测量监视系统的在线检测装置，具体的，是一种小型化多路输出压力及电信号发生装置，以解决现有的检测装置由于体积过大无法对压力监测测量系统进行在线校准、无法同时实现压力传感器和压力测量监视系统后级的在线校准、无法同时进行高压计量与低压计量的问题。

在线检测装置包括前端传感器测量校准装置(压力输出部分)和用于测量校准压力测量监视系统后级的后级测量校准装置(电信号输出部分)。

参见图1和图2，前端传感器测量校准装置包括：电机60、底座10、主齿轮20、左齿轮30、右齿轮40、左转轴31、右转轴41、左稳定座32、右稳定座42、左丝杆33、右丝杆43、左缸体34、右缸体44以及固定环50。

左缸体34和右缸体44通过固定环50左右对称地设置在底座10上，两个缸体均为柱状腔体，分别用于存放不同介质，本实施例中，左缸体34中介质为液压油，右缸体44中介质为空气，由于空气的压缩比比较大，从而能够实现微压的发生，液压油的压缩比比空气小，故而能够实现高压计量。固定环50为两个，分别将左缸体34和右缸体44牢牢固定在底座10上，使其不随着左、右齿轮40的转动产生位移，增强装置的稳定性。两个缸体之间安装有结构相同且均为L型的左稳定座32、右稳定座42，左稳定座32底部与左缸体34底部固定连接，右稳定座42底部与右缸体44底部固定连接，当左、右稳定座42左右移动时可带动左、右缸体44一起左右移动。左稳定座32侧面上安装有左齿轮30，右稳定座42侧面上安装有右齿轮40，左齿轮30在左稳定座32中可转动地连接、右齿轮40在右稳定座42中可转动地连接，且连接处具有润滑结构，摩擦力小。

左缸体34中设有左丝杆33、左丝杆套35、左活塞36，左丝杆33的左端部固定连接左活塞36，左丝杆33外表面设有与左丝杆套35内表面相适配的外螺纹，左丝杆33外螺纹连接左丝杆套35，左丝杆33的右端部螺纹连接在左丝杆套35中，左丝杆套35转动时带动左丝杆33沿轴向运动。左丝杆套35右端部与左齿轮30相连。左齿轮30旋转时，带动左丝杆套35旋转，使得左丝杆33在左缸体34中左右来回运动，从而带动左活塞36沿着左缸体34运动，其中，左活塞36在缸体中不可转动。

右缸体44中设有右丝杆43、右丝杆套45、右活塞46，右丝杆43的右端部固定连接右活塞46，右丝杆43外表面设有与右丝杆套45内表面相适配的外螺纹，右丝杆43外螺纹连接右丝杆套45，右丝杆43的左端部螺纹连接在右丝杆套45中，右丝杆套45转动时带动右丝杆43沿轴向运动。右丝杆套45左端部与右齿轮40相连。右齿轮40旋转时，带动右丝杆套45旋转，使得右丝杆43在右缸体44中左右来回运动，从而带动右活塞46沿着右缸体44运动，其中，右活塞46在缸体中不可转动。

左丝杆33上的螺纹与右丝杆43上的螺纹旋转方向为相反设置，当主齿轮20带动左齿轮30和右齿轮40同时转动时，左丝杆套35与右丝杆套45同时开始转动，带动左丝杆33向左运动、右丝杆43向右运动。

左、右活塞的平衡度均较好，且外圆周具有防腐密封橡胶圈。左、右缸体和左、右活塞均加工精密且左、右缸体内壁均有较好的光洁度，左、右活塞的密封橡胶圈与左、右缸体内壁紧密贴合，左、右活塞在轴向运动过程中产生压力。

电机60通过支架固定在底座10上，主齿轮20的转轴与电机60输出轴相连，主齿轮20同时与左齿轮30、右齿轮40相啮合，左齿轮30与右齿轮40平行设置且直径与厚度均相同。主齿轮20的直径大于左、右齿轮40，以较大齿轮转动带动较小齿轮转动，可以提高较小齿轮的转速，使其工作效率提高，能够尽快产生需要的压力大小。主齿轮20的厚度大于左齿轮30、右齿轮40的厚度之和，以便能够同时带动左、右齿轮40转动。电机60驱动主齿轮20转动，从而带动左齿轮30、右齿轮40转动。左齿轮30的中心设有左转轴31，左转轴31的一端连接左稳定座32，另一端连接左丝杆套35。右齿轮40的中心设有右转轴41，右转轴41的一端连接右稳定座42，另一端连接右丝杆套45。

左稳定座32和右稳定座42底部下方分别固定有左滑块37和右滑块47，底座10上设置有分别与左滑块37、右滑块47相适配的左滑槽38、右滑槽48，使得左稳定座32能够带动左缸体34沿着左滑槽38在固定环50中左右移动、右稳定座42能够带动右缸体44沿着右滑槽48在固定环50中左右移动。其中，左缸体34移动至左滑槽38的最左端时，左齿轮30脱离主齿轮20，不会随着主齿轮20的转动而转动。右缸体44移动至右滑槽48的最右端时，右齿轮40脱离主齿轮20，不会随着主齿轮20的转动而转动。

左滑槽38、右滑槽48中均设有限位块70，本实施例中限位块70有两块，均为长条形，一限位块70可拆卸地贯穿设置于左滑槽中，与左滑槽垂直。另一限位块70可拆卸地贯穿设置于右滑槽中，与右滑槽垂直。限位块70用于将左滑块37固定在左滑槽38的最右端、右滑块47固定在右滑槽48的最左端。此时，左齿轮30与右齿轮40都位于主齿轮20下方且与主齿轮20啮合，主齿轮20转动，带动左、右齿轮40一起转动。当只需要左齿轮30转动，无需右齿轮40转动时，只需手动将右滑槽48中的限位块70完全抽出，将右滑块47滑至右滑槽48的最右端，此时，右齿轮40随右缸体44向右移动，脱离主齿轮20，主齿轮20的转动不影响右齿轮40及右缸体44。

左缸体34端部设有与左缸体34内部相通的左安装接口39、右缸体44端部设有与右缸体44内部相通的右安装接口49，每个安装接口朝向上方，避免检测装置未工作时缸体内部液压油溢出。每个安装接口处并联设有两个外接口，外接口外设螺纹，用以适配同时连接一个标准仪器与一个待检测仪器，即左安装接口39可以同时连接一个标准仪器与一个待检测仪器，右安装接口49可以同时连接一个标准仪器与一个待检测仪器，本实施例中，左安装接口39可连接一个标准压力表与一个待检测的压力测量仪。

本发明中，前端传感器测量校准装置在工作时，左缸体34和右缸体44内的介质分别是液压油和空气。如果需要同时进行高压计量和低压计量，则将左缸体34的安装接口连接一个标准仪器与一个待检测仪器，将右缸体44的安装接口也连接一个标准仪器与一个待检测仪器。此时左限位块70位于左滑槽38中，将左滑块37固定于左滑槽38的最右端，右限位块70位于右滑槽48中，将右滑块47固定于右滑槽48的最左端。

由电机60给主齿轮20提供动力，主齿轮20转动带动左齿轮30、右齿轮40同时转动。左齿轮30带动左丝杆套35转动，左丝杆33通过与丝杆套的螺纹连接，向左进行轴向运动，带动左活塞36向左运动，产生压力，使标准仪器与待检测仪器80(待检测的压力测量监视系统)都显示读数，比较两个读数来对压力测量监视系统进行校验。

如果只需要进行低压计量，便可将装有液压油的一侧的限位块70抽出，将滑块滑到所在滑槽的另一端，此时滑块带动稳定座移动，装有液压油的缸体一侧对应的齿轮脱离主齿轮20，随后主齿轮20的转动对装有液压油的缸体没有影响，节省了能源。

只进行高压计量时，将操作的缸体换成装有空气的缸体，使主动轮20转动时，装有空气的缸体不工作，具体操作与上述方法相同。

如图3所示，后级测量校准装置包括依次相连的GD32F103C8控制芯片、NECTLP620光耦、数模转换电路、PI控制器、滤波电路、功率输出电路、模拟负载、信号放大电路、运算电路和模数转换电路，模数转换电路与NECTLP620光耦相连，GD32F103C8控制芯片还连接有显示屏1。

后级测量校准装置采用GD公司推出的GD32F103C8控制芯片作为整个电路的控制核心，并由NECTLP620光耦作为整个电路的光电保护措施。

GD32F103C8控制芯片与数模转换电路之间有NECTLP620光耦(光电隔离电路)，主要是将输入与输出进行光电隔离，在实现电平转换的同时又可以保护控制电路不会因为外部电压过高而损坏。PI控制器基于运算放大器不断地采集取样电阻上的压降，随时调整电流的输出，最终输出稳定的电流。

如图4所示的数模转换电路，由于现场测试需要精度高，调价细度小的直流电流，因此选用LTC公司生产的1595B芯片，整个电路从模拟量输出后可迅速达到稳态值，响应时间不超过2μS，LTC1595B芯片第6、第7引脚通过NECTLP620光耦与GD32F103C8控制芯片连接。

功率输出电路(测试信号输出电路)如图5所示，其实际上是建立了输出电流与D/A转换后的输出电压之间的一种线性对应关系，并且输出的直流电流很稳定，不会随着负载的变化而变化。电路中增加了基于运算放大器的PI控制器，使得输出电流得以快速调节和稳定输出。末级采用2个功率三级管并联，且在其发射级串联一个0.1Ω的小电阻起到平衡多路电流的作用。以下通过计算阐述功率输出电路V/I(电压/电流)转换的工作原理：假设流过标准采样电阻R_fx(x＝1～5)的电流值为I₀，则反馈电压U_f＝I₀×R_f。

U_f经过一级反向运算放大器得到电压U₂：

根据放大器的“虚短”和“虚断”原理得：

再由初始条件U₁＝0，整理后得：

电阻R₁、R₂、R₁₀、R₁₂和R_f经过确定后为定值，由公式(3)可知：输出电流I₀与设定电压V_i成线性关系，而V_i是输出电压，可由上位机控制。本实施例中，取R₁＝20kΩ，R₂＝10kΩ，R₁₀＝10kΩ，R₁₂＝100kΩ，若R_f＝1Ω时，则可计算得出I₀＝100mA。

本发明的在线检测装置可整合成图6所示的结构形式，其正面上方设置6对电信号输出口，用以对压力测量监视系统后级进行检测。其正面下方设置4个压力输出口，用以对前端传感器进行对接检测。显示器1用于显示检测校准结果。

本发明提供的装置体积小，携带方便，同一体的设备，既具有高压计量功能又有低压计量功能，可同时对不同的高压测量系统和低压测量系统进行在线检测，还可由同一检测装置同时解决压力测量监视系统从前端传感器到后端显示系统的全范围的校准，提升了压力测量监视系统整体的测量校准精度。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。