阅读说明：本技术 一种绝对压力变送器的校准装置及校准方法 (Calibration device and calibration method for absolute pressure transmitter ) 是由 黄兵 周恒� 柯秉应 邹渊 伍伟 韦尚锦 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明属于绝对压力变送器技术领域,具体涉及一种绝对压力变送器的校准装置及校准方法。该校准装置包括真空室；标准器,通过连接管道与所述真空室连通；真空泵,通过抽气管道与所述真空室连通；气瓶,通过充气管道与所述真空室连通；转换接头,通过校准管道与所述真空室连通,用于连接真空室与待校准的绝对压力变送器；微调阀,设于充气管道上,用于调节气瓶中的气体充入真空室的流速；第一真空阀,设于抽气管道上,用于控制抽气管道的通断；标准器包括真空计以及与真空计电连接的真空计控制器；或者标准器为数显真空计。本发明能够更加直观的看到校准结果,而且实现了对测量中真空的绝对压力变送器的校准。(The invention belongs to the technical field of absolute pressure transmitters, and particularly relates to a calibration device and a calibration method of an absolute pressure transmitter. The calibration device includes a vacuum chamber; the standard device is communicated with the vacuum chamber through a connecting pipeline; the vacuum pump is communicated with the vacuum chamber through an air exhaust pipeline; the gas cylinder is communicated with the vacuum chamber through a gas charging pipeline; the adapter is communicated with the vacuum chamber through a calibration pipeline and is used for connecting the vacuum chamber and an absolute pressure transmitter to be calibrated; the fine adjustment valve is arranged on the gas charging pipeline and is used for adjusting the flow rate of gas in the gas cylinder charged into the vacuum chamber; the first vacuum valve is arranged on the air exhaust pipeline and used for controlling the on-off of the air exhaust pipeline; the standard comprises a vacuum gauge and a vacuum gauge controller electrically connected with the vacuum gauge; or the standard device is a digital display vacuum gauge. The invention can more intuitively see the calibration result and realize the calibration of the vacuum absolute pressure transmitter in the measurement.)

一种绝对压力变送器的校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于绝对压力变送器技术领域，具体涉及一种绝对压力变送器的校准装置及校准方法。

背景技术

现代化精炼过程需要将RH精炼炉抽气至中真空环境后进行脱气处理，因此需要对检测真空的计量器具进行校准，一般工艺现场可选的测量设备分别为真空计和绝对压力变送器。现阶段除国防计量和国家计量院外，真空计的外送校准周期长，直接校准费用和备件成本高昂。

而随着制造技术升级，绝对压力变送器已逐步具备了测量中真空(10²～10^-1)Pa压力的能力，但依据国家计量检定规程JJG882-2004《压力变送器》，当校准绝对压力变送器时，应选用0.05级(0～﹣100)kPa的数字压力计作为主要标准器，但这种数字压力计无法覆盖中真空压力范围。同时管件和辅助设备均未对其配套的真空泵、管道、连接件提出泄漏要求，而普通管道规格不能满足真空环境下的泄漏控制要求。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对压力变送器的校准装置及校准方法，用于克服上述现有技术中选作主要标准器的数字压力计无法覆盖中真空压力范围的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种绝对压力变送器的校准装置，校准装置包括：

真空室，所述真空室为所述校准装置的校准容器；

标准器，通过连接管道与所述真空室连通；

真空泵，通过抽气管道与所述真空室连通；

气瓶，通过充气管道与所述真空室连通；

转换接头，通过校准管道与所述真空室连通，用于连接所述压力容器的真空室与待校准的绝对压力变送器；

微调阀，设于所述充气管道上，用于调节所述气瓶中的气体充入所述真空室的流速；

第一真空阀，设于所述抽气管道上，用于控制所述抽气管道的通断；

其中，所述标准器包括真空计以及与所述真空计电连接的真空计控制器；或者所述标准器为数显真空计。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，当所述标准器包括真空计以及与所述真空计电连接的真空计控制器时，所述真空计控制器为真空显示控制单元，用于显示真空计的测量数值。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述真空室的容积＞待校准绝对压力变送器+全部连接管道的总容积，所述全部连接管道包括标准器连接管道、抽气管道、充气管道以及校准管道。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述真空泵的实际抽速SL的计算公式如下：

SL＝1.2×(Q_出+Q_漏+Q₁)/P_极限；

其中，SL为真空泵的实际抽速；

系数1.2表示留出20％的设计余量；

P_极限为真空室的极限压强；

Q_出为校准装置中的容器壁出气率；

Q_漏为校准装置的漏率；

Q₁为真空室工艺过程放气量。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述校准装置中的容器壁出气率Q_出的计算公式如下：

Q_出＝S×ρ_10h；

其中，S为校准装置的内表面积，ρ_10h为校准装置的材料出气率。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述标准器连接管道上设有多个标准器接口，以分别与不同测量范围的真空计连接。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，在所述微调阀与真空室之间的充气管道上连接有放气管道，所述放气管道上设有放气阀，所述放气阀用于控制所述放气管道的通断。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述校准管道上设有第二真空阀，所述第二真空阀用于控制所述校准管道的通断。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，所述标准器连接管道上设有第三真空阀，所述第三真空阀用于控制所述标准器连接管道的通断。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，其特征在于，当所述标准器包括真空计以及与所述真空计电连接的真空计控制器时，所述真空计为电容式薄膜真空计。

如上所述的绝对压力变送器的校准装置，其特征在于，所述标准器连接管道、抽气管道、充气管道以及校准管道均为采用ISO/KF标准的真空检测管道。

本发明还提供一种绝对压力变送器的校准方法，具体技术方案如下：

一种绝对压力变送器的校准方法，采用上述的绝对压力变送器的校准装置来实现，所述校准方差采用动态直接比较法对绝对压力变送器进行校准，具体包括以下步骤：

步骤S1，将待校准绝对压力变送器连接到校准装置的转换接头上，关闭微调阀与放气阀，打开真空泵及抽气管道上的真空阀，对真空室进行抽气；

步骤S2，当标准器显示的压力值达到校准装置的极限压强时，逐步打开微调阀，使气瓶内的气体通过微调阀进入真空室；

步骤S3，当真空泵抽气和气瓶补气达到动态平衡后，且标准器示值达到预定的校准压力值A_s时，同时读取标准器与待校准绝对压力变送器的示值，对标准器与待校准绝对压力变送器的示值进行比较，从而得出待校准绝对压力变送器的示值误差；

步骤S4，关闭真空泵及抽气管道上的真空阀，关闭气瓶和微调阀，打开连接真空室的放气阀，待真空室中的压力达到大气压时，卸下待校准绝对压力变送器，校准结束。

如上所述的绝对压力变送器的校准方法，其特征在于，所述步骤S3中，在标准器示值A_s稳定后，连续读取多次待校准绝对压力变送器示值A_d，将多个A_d求平均得到利用绝对压力变送器算术平均值减去标准器示值A_s求得绝对压力变送器示值误差ΔA，即

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供的绝对压力变送器的校准装置，真空室通过抽气管道与真空泵连接，真空室通过充气管道与气瓶连接，在充气管道上设有微调阀，从而能够利用微调阀控制往真空室充气的流速，在真空泵的抽气与气瓶的充气共同作用下使真空室达到一个动态平衡状态，此时通过标准器连接管道连接在真空室上的标准器与通过校准管道连接在真空室上的待校准绝对压力变送器，两者能够同时对真空室进行测量，从而能够直接对比标准器与待校准绝对压力变送器的示值，从而能够更加直观的看到校准结果。

而校准装置中的标准器采用真空计连同真空计控制器或者数显真空计，从而覆盖了中真空压力范围，实现了对测量中真空(10²～10^-1)Pa的绝对压力变送器的校准。

根据《JJG729-1991-二等标准动态相对法真空装置检定规程》设置真空室的容积大于待校准绝对压力变送器以及全部连接管道的总容积的20倍，从而能够平衡掉真空泵抽速，校准装置的泄漏和真空室稳定度的要求，从而保证真空室在使用过程中的稳定可靠，使得校准装置能够稳定准确的进行校准。

标准器连接管道上设有多个标准器接口，预留了多个测量范围通道用于安装不同测量范围的标准器，使得该校准装置具有更大测量范围。

在微调阀与真空室之间的充气管道上连接放气管道，在放气管道上设置放气阀，在待校准绝对压力变送器校准结束后，打开放气阀，真空室通过放气管道与外界连通，从而实现真空室与外界的压力平衡，进而便于将待校准绝对压力变送器从转换接头上取下。

根据《JJG729-1991-二等标准动态相对法真空装置检定规程》设置真空室为圆筒型结构，并使其筒长与筒径之比在1～3之间，保证圆筒型真空室的筒长与筒径在较小的范围内，从而保证真空室具有尽可能小的内表面积，进而有尽可能小的容器壁出气率Q_出，进而有尽可能小的真空泵实际抽速SL。

本发明提供的绝对压力变送器的校准方法采用动态直接比较法对绝对压力变送器进行校准，也即是，通过真空泵抽气和气瓶补气达到动态平衡，使真空室内的压力达到一个动态的平衡，标准器示值测量的真空室的压力达到预定的校准压力值A_s，同时记录标准器与待校准绝对压力变送器的示值，对两示值进行比较从而得出待校准绝对压力变送器的示值误差，能够直接对比标准器与待校准绝对压力变送器的示值，从而能够更加直观的看到校准结果。

附图说明

图1为本发明实施例中绝对压力变送器的校准装置的连接示意图；

图2为本发明实施例中校准装置上转换接头的结构示意图；

图3为本发明实施例中绝对压力变送器的校准操作流程示意图。

图中：1、真空泵；2、真空室；3、气瓶；4、微调阀；5、第一标准器；501、第二标准器；502、第三标准器；6、待校准绝对压力变送器；7、第一真空阀；8、第二真空阀；9、放气阀；10、抽气管道；11、校准管道；12、标准器连接管道；13、充气管道；14、转换接头；141、真空管道连接端；142、变送器连接端。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供一种绝对压力变送器的校准装置，该校准装置的原理是将待校准绝对压力变送器6与标准器连接到校准装置的真空室2上，通过微调节阀调节真空室2中的气体压力，当真空室2达到所需稳定、均匀的平衡压力时，待校准绝对压力变送器6和第一标准器5同时测量真空室2中的压力，并将测量结果直接比较，并给出示值误差，或校准曲线。

该校准装置包括第一标准器5、真空泵1、气瓶3、真空室2、以及用于连接待校准绝对压力变送器6的转换接头14；真空室2为校准装置中的校准容器，真空室2与第一标准器5之间连接有标准器连接管道12，真空室2与真空泵1之间连接有抽气管道10，真空室2与气瓶3之间连接有充气管道13，真空室2与转换接头14之间连接有校准管道11，校准管道11上设置有第二真空阀8，第二真空阀8用于控制校准管道11的通断；充气管道13上设有微调阀4，微调阀4用于调节气瓶3中气体充入真空室2的流速；抽气管道10上设有第一真空阀7，第一真空阀7用于控制抽气管道10的通断；在标准器连接管道12上可以设置第三真空阀，通过第三真空阀来控制标准器连接管道12的通断。

真空室2通过抽气管道10与真空泵1连接，真空室2通过充气管道13与气瓶3连接，在充气管道13上设有微调阀4，从而能够利用微调阀4控制往真空室2充气的流速，在真空泵1的抽气与气瓶3的充气的共同作用下使真空室2达到一个动态平衡状态，此时通过标准器连接管道12连接在真空室2上的标准器与通过校准管道11连接在真空室2上的待校准绝对压力变送器6，两者能够同时对真空室2进行测量，从而能够直接对比标准器与待校准绝对压力变送器6的示值，从而能够更加直观的看到校准结果。

在本实施例中第一标准器5包括真空计以及与真空计电连接的真空计控制器，真空计用于测量真空室的压力；真空计控制用于显示真空计的测量数值。真空计选用INFICON型号为CDG025D的量程为10Torr(1.33kPa)的电容式薄膜真空计，真空计控制器为真空显示控制单元，在本实施例中，真空计控制器选用型号为VGC401真空显示控制单元，用于校准1KPa以下的绝对压力变送器，选用的电容式薄膜真空计能够覆盖中真空压力范围，从而能够实现对测量中真空范围的绝对压力变送器的校准。在其他实施例中，标准器也可以采用达到中真空测量范围和精度的数显真空计。

在本实施例中，气瓶3中的气体为干燥氮气，氮气的气体分子纯净，属于惰性气体，氮气基本不会吸附在真空室2的内壁上，能够更快地被抽走。

在本实施例中，如图2所示，校准装置上用于连接待校准绝对压力变送器6的接头为采用ISO-KF转M20×1.5mm的转换接头14，该转换接头14用于普通压力管与真空管道的接驳，该转换接头14的一端为真空管道连接端141，真空管道连接端141为ISO-KF法兰，用于与校准管道11连接，转换接头14的另一端为变送器连接端142，变送器连接端142为尺寸M20×1.5mm的直管螺纹段，变送器连接端142用于连接待校准绝对压力变送器6，从而实现待校准绝对压力变送器在校准装置中的安装。

进一步的，真空室2的容积＞大于待校准绝对压力变送器+以及全部连接管道的总容积，全部连接管道为标准器连接管道12、抽气管道10、充气管道13以及校准管道11；在本实施例中，根据《JJG729-1991-二等标准动态相对法真空装置检定规程》设置真空室2的容积大于待校准绝对压力变送器6以及全部连接管道的总容积的20倍，从而能够平衡掉真空泵1抽速，校准装置的泄漏和真空室2稳定度的要求，从而保证真空室2在使用过程中的稳定可靠，使得校准装置能够稳定准确的进行校准。该校准装置的真空室2的容积为20L。

进一步地，选择真空泵1的实际抽速SL。

需要计算校准装置空载时的总放气和漏气率Q，计算公式如下：

Q＝Q_出+Q_漏+Q₁

Q_出为校准装置中的容器壁出气率；

Q_漏为校准装置的漏率，设Q_漏＝0.0007Pa·L/s；

Q₁为真空室工艺过程放气量，Q₁＝1.82738Pa·L/s，此为预设的真空室工艺过程放气量。

容器壁出气率的计算Q_出公式如下：

Q_出＝S×ρ_10h

S为校准装置的内表面积，ρ_10h为校准装置的材料出气率。

管道直径DB＝6mm，L＝1500mm，圆柱形真空室体积V＝0.02m³(预估)，内表面积S＝0.48m²。

已知：材料302不锈钢(1Cr18Ni9)出气率ρ_10h＝4×10^-7Pa·L/(s·cm²)；

所以容器壁Q_出＝ρ_10h×S＝0.00192Pa·L/s；

因此：

Q＝Q_出+Q_漏+Q₁＝0.00192+0.0007+1.82738＝1.83Pa·L/s

假设系统极限压强为1Pa，

而真空泵1的实际抽速SL的计算公式如下【下式中1.2意味着采用了20％的设计余量】：

SL＝1.2×(Q_出+Q_漏+Q₁)/P_极限＝1.2×1.83/1＝2.196L/s

SL＝2.196×60≈132L/min

从而能够根据计算出的真空泵的抽速，选取适用于本实施例中的校准装置的真空泵。本实施例中的真空泵为旋片式真空泵。

进一步地，标准器连接管道12上设有三个标准器接口，三个标准器接口分别连接第一标准器5、第二标准器502、第三标准器503，其中第二标准器501可以是量程为100Torr(13.3kPa)电容式薄膜真空计连同VGC401真空显示控制单元(即量程为100Torr(13.3kPa)电容式薄膜真空计和VGC401真空显示控制单元)，第三标准器502可以是量程为1000Torr(133kPa)电容式薄膜真空计连同VGC401真空显示控制单元(即量程为1000Torr(133kPa)电容式薄膜真空计和VGC401真空显示控制单元)，预留了多个测量范围通道(即预留了未来的扩展接口)，如标准器具在保证准确度的前提下能具备更大测量范围，可以酌情减少标准真空计的用量。

进一步地，微调阀4与真空室2之间的充气管道13上连接有放气管道，放气管道上设有用于控制管道通断的放气阀9；在待校准绝对压力变送器6校准结束后，打开放气阀9，真空室2通过放气管道与外界连通，从而实现真空室2与外界的压力平衡，进而便于将待校准绝对压力变送器6从转换接头14上取下。

进一步地，真空室2为圆筒型结构，并使其筒长与筒径之比小于等于3，优选在1～3(如1、1.5、2、2.5、3)之间，保证圆筒型真空室2的筒长与筒径在较小的范围内，从而保证真空室2具有尽可能小的内表面积，进而有尽可能小的容器壁出气率Q_出，进而有尽可能小的真空泵1实际抽速SL。

本实施例中的抽气管道10、校准管道11、标准器连接管道12、充气管道13以及放气管道均采用ISO-KF标准的真空检测专用管道(即ISO标准或者KF标准的真空检测管道)，三个标准器接口为ISO-KF标准的真空检测专用接头(即ISO标准或者KF标准的接口)，ISO标准或者KF标准能够适用于真空系统中密封连接要求，从而能够满足真空情况下管道的泄露控制要求。

如图3所示，本发明还提供一种使用上述绝对压力变送器的校准装置的校准方法，该校准方差采用动态直接比较法对绝对压力变送器进行校准，具体包括如下步骤：

在校准前将真空计和待校准绝对压力变送器6加电预热两小时以上，加电预热是为了确保真空计与绝对压力变送器6工作稳定；同时确认连接管道密封良好，待校准绝对压力变送器6转换接头14清洁、无杂物。

步骤S1，将待校准绝对压力变送器6连接到校准管道11上的转换接头14上，关闭微调阀4，使充气管道13封闭，关闭放气阀9，使放气管道封闭，打开真空泵1及抽气管道10上的真空阀8，对真空室2进行抽气。

步骤S2，在真空泵1对真空室2进行抽气的过程中，第一标准器5会实时测量真空室2的气压，当第一标准器5显示的压力值达到校准装置的极限压强时，在本实施例中校准装置的极限压强为1Pa，逐步调节充气管道13上的微调阀4，使气瓶3中的干燥氮气通过充气管道13充入到真空室2中。

步骤S3，在真空泵1对真空室2的抽气与气瓶3对真空室2的充气达到动态平衡后，读取第一标准器5的示值；在读取第一标准器5的示值之前，通过手动调节，将标准器的设定点误差控制在±5Pa以内，然后再第一标准器5的示值达到预定的校准压力值A_s(单位：Pa)时，观察第一标准器5的示值波动，在该示值变动量在0.1Pa/s之内时，同时读取标准器与待校准绝对压力变送器的示值，对标准器与待校准绝对压力变送器的示值进行比较，从而得出待校准绝对压力变送器的示值误差；即第一标准器5的示值趋于稳定时，连续记录五次待校准绝对压力变送器6的示值A_d；将多个A_d求平均得到(单位：Pa)，利用绝对压力变送器算术平均值减去标准器示值A_s求得绝对压力变送器示值误差ΔA(单位：Pa)，即

步骤S4，关闭真空泵1及抽气管道10上的第一真空阀7，关闭气瓶3和充气管道13上的微调阀4，打开放气管道的放气阀9，使真空室2通过放气管道与外界连通，在真空室2与外界达到压力平衡之后，将待校准绝对压力变送器从校准管道11上的转换接头14上卸下，校准结束。

综上所述，本发明提供的绝对压力变送器的校准装置及校准方法的具体方案中：

(1)在真空室上同时连接标准器以及待校准绝对压力变送器，使两者能够同时测量真空室的气压，从而能够直接对比标准器与待校准绝对压力变送器的示值，从而能够更加直观的看到校准结果。

(2)校准装置中的标准器采用真空计连同真空计控制器或者数显真空计，从而覆盖了中真空压力范围，实现了对测量中真空(10²～10^-1)Pa的绝对压力变送器的校准。

(3)真空室的容积大于待校准绝对压力变送器以及全部连接管道的总容积的20倍，从而能够平衡掉真空泵抽速，校准装置的泄漏和真空室稳定度的要求，从而保证真空室在使用过程中的稳定可靠，使得校准装置能够稳定准确的进行校准。

(4)标准器连接管道上设有多个标准器接口，预留了多个测量范围通道用于安装不同测量范围的标准器，使得该校准装置具有更大测量范围。

(5)在微调阀与真空室之间的充气管道上连接放气管道，在放气管道上设置放气阀，在待校准绝对压力变送器校准结束后，打开放气阀，真空室通过放气管道与外界连通，从而实现真空室与外界的压力平衡，进而便于将待校准绝对压力变送器从转换接头上取下。

(6)绝对压力变送器的校准方法采用动态直接比较法对绝对压力变送器进行校准，也即是，通过真空泵抽气和气瓶补气达到动态平衡，使真空室内的压力达到一个动态的平衡，标准器示值测量的真空室的压力达到预定的校准压力值，同时记录标准器与待校准绝对压力变送器的示值，对两示值进行比较从而得出待校准绝对压力变送器的示值误差，能够直接对比标准器与待校准绝对压力变送器的示值，从而能够更加直观的看到校准结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。