航空修理工廠溫度壓力表現(xiàn)場校準(zhǔn)研究
本文介紹了航空修理企業(yè)熱工儀器儀表的現(xiàn)場校準(zhǔn)問題及解決方案；采用在線壓力轉(zhuǎn)接技術(shù)解決了壓力現(xiàn)場校 準(zhǔn)的瓶頸問題。該技術(shù)方案可在其他場合得到應(yīng)用。
1.引言
航空修理工廠修理現(xiàn)場有不少溫度壓力儀表和傳感器，他 們指示的精度直接影響航空器修理的質(zhì)量。為了實現(xiàn)熱工儀表 的現(xiàn)場校準(zhǔn)，目前常見方法有以下幾種：
方法一:將實驗室的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)儀器運到現(xiàn)場開展校準(zhǔn)。由于 明顯地存在攜帶不便、操作繁瑣、計算麻煩、效率低下、難以適應(yīng) 現(xiàn)場惡劣環(huán)境條件等缺點，實現(xiàn)起來困難重重，有時甚至不可能 實現(xiàn)。用這種方法開展現(xiàn)場校準(zhǔn)的只是個別現(xiàn)象:如將電阻箱搬 到現(xiàn)場校準(zhǔn)配接熱電阻的溫度現(xiàn)實調(diào)節(jié)儀、將活塞式壓力計搬 到現(xiàn)場校準(zhǔn)壓力表。
方法二:用現(xiàn)場校驗儀開展溫度指示調(diào)節(jié)儀的現(xiàn)場校準(zhǔn)。這 種方法是目前開展現(xiàn)場校準(zhǔn)的主要方法。只能實現(xiàn)溫度指示調(diào) 節(jié)儀的現(xiàn)場校準(zhǔn)，不能開展溫度測量系統(tǒng)的整體校準(zhǔn)。
方法三:用便攜式熱源加上溫度測量標(biāo)準(zhǔn)開展熱電偶、鉑電 阻的現(xiàn)場校準(zhǔn)，用便攜式壓力源加上壓力測量標(biāo)準(zhǔn)開展壓力表 的現(xiàn)場校準(zhǔn)。在需要對同一單位熱電偶、熱電阻、溫度指示調(diào)節(jié) 儀、壓力變送器、壓力表等多種校準(zhǔn)對象開展現(xiàn)場綜合校準(zhǔn)時， 存在需攜帶多套裝置、冗余笨重等不足。
國外熱工儀表的現(xiàn)場校準(zhǔn)方法普遍存在制式、連接方式、數(shù) 據(jù)處理等與國內(nèi)不相匹配等問題。
2.技術(shù)方案設(shè)計
2.1系統(tǒng)構(gòu)架
本研究方案針對以上現(xiàn)場校準(zhǔn)方法的不足，綜合考慮便攜 性、環(huán)境適應(yīng)性、校準(zhǔn)參數(shù)對象數(shù)量、數(shù)據(jù)處理自動化等方面要 求，研制高度集成的適于多種常見溫度、壓力測量儀器儀表現(xiàn)場 校準(zhǔn)的熱工儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)裝置,解決溫度、壓力測量系統(tǒng)整體校 準(zhǔn)和多參數(shù)綜合校準(zhǔn)問題。
本校準(zhǔn)裝置由便攜式熱源、堆棧式測溫儀、在線壓力接口、 壓力校驗儀、標(biāo)準(zhǔn)信號源、通訊接口、筆記本電腦、打印機等組 成。其結(jié)構(gòu)組成框圖如圖1。
該方案基于被校對象情況可靈活配置,典型方案見表1 2.2熱工儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)專用軟件
熱工儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)專用軟件主要包括：系統(tǒng)設(shè)置、現(xiàn)場校準(zhǔn)、查詢打印、數(shù)據(jù)管理等模塊。系統(tǒng)設(shè)置模塊主要實現(xiàn)用戶管 理、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置、數(shù)據(jù)通訊等功能;現(xiàn)場校準(zhǔn)模塊包括熱電偶校準(zhǔn)、 溫度指示調(diào)節(jié)儀校準(zhǔn)、壓力變送器校準(zhǔn)和壓力表校準(zhǔn)模塊,實現(xiàn) 熱電偶、溫度指示調(diào)節(jié)儀、壓力變送器、壓力表等常見熱工儀表 現(xiàn)場校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等功能;查詢打印模 塊實現(xiàn)歷史記錄的查詢、原始記錄和證書文件的打印等功能;數(shù) 據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。其軟件模塊框圖如 圖2。
典型現(xiàn)場校準(zhǔn)工作流程如圖3。
軟件采用數(shù)據(jù)庫存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負責(zé)創(chuàng)建和維護 表和索引等數(shù)據(jù)庫對象，維持引用的完整性和安全性，確保在出 現(xiàn)各種錯誤時能夠恢復(fù)操作。
軟件通過編程，實現(xiàn)熱源溫度自動修正，以保證熱源溫度的 準(zhǔn)確可靠。定期對熱源溫度進行校準(zhǔn)，將每次熱源校準(zhǔn)結(jié)果存儲 于軟件中，通過多點之間插值運算,得到修正曲線，疊加到使用 時讀得的熱源溫度上，從而實現(xiàn)熱源溫度自動修正。
軟件采用開放性報表設(shè)計，通過設(shè)計原始記錄模板、證書文 件模板，達到統(tǒng)一原始記錄和證書文件格式的目的，同時方便將 來的修改完善。
3.方案中關(guān)鍵技術(shù)及實施途徑
本方案的關(guān)鍵技術(shù)主要有:綜合校準(zhǔn)技術(shù)、壓力轉(zhuǎn)接技術(shù)、 熱源控制技術(shù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)。
3.1綜合校準(zhǔn)技術(shù)
目前，熱電偶、熱電阻、溫度顯示調(diào)節(jié)儀、壓力變送器、壓力 表等儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)通常是分開考慮、單獨校準(zhǔn),本項目由一套裝置同時實現(xiàn)以上多種熱工儀表的校準(zhǔn)，擴展了裝置的校準(zhǔn)范圍， 提高了校準(zhǔn)能力。
對熱電偶的校準(zhǔn)，主要需要提供熱源，能自動根據(jù)ITS90進 行常見S、B、R、N、K、E、T型等標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的熱電勢到溫度的 轉(zhuǎn)換。
對溫度顯示調(diào)節(jié)儀的校準(zhǔn),主要需要提供直流電壓源、電阻 源作為模擬熱電偶、熱電阻信號,能自動根據(jù)ITS90進行常見分 度號熱電偶和熱電阻溫度到電勢、電阻的轉(zhuǎn)換。
對壓力變送器的校準(zhǔn)，主要需要提供壓力源、壓力測量標(biāo)準(zhǔn) 和直流電壓、直流電流測量功能。
隨著源、表合一,高度集成的多功能校準(zhǔn)器的出現(xiàn)，將壓力 測量標(biāo)準(zhǔn)、直流電壓源、電阻源、直流電壓測量、直流電流測量等 功能集于一身，為多種熱工儀表綜合校準(zhǔn)提供了條件。
本方案擬采用便攜式熱源、壓力源，輔以FLUKE 744過程校 準(zhǔn)儀,通過編制熱工儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件’用一套裝置實現(xiàn)溫度測 量系統(tǒng)整體校準(zhǔn)、溫度指示調(diào)節(jié)儀校準(zhǔn)、熱電偶校準(zhǔn)、熱電阻校 準(zhǔn)、壓力測量系統(tǒng)整體校準(zhǔn)、壓力變送器校準(zhǔn)以及壓力二次儀表 校準(zhǔn)。
綜合校準(zhǔn)技術(shù)通過設(shè)備和技術(shù)引進，加上軟件整合集成解決。
3.2壓力轉(zhuǎn)接技術(shù)
壓力轉(zhuǎn)接要完成壓力源、壓力模塊、被校壓力儀表之間的物 理連接。由于工作介質(zhì)涉及空氣、水和油多種形式，壓力范圍覆 蓋(-0.1~60)MPa,壓力轉(zhuǎn)接時要與之適應(yīng)。由于被校壓力儀器儀 表連接制式多種多樣，需要解決它們之間的配接問題。
長期以來，使用中的壓力儀器儀表沒有預(yù)留連接接口 ’成為 不能開展在線校準(zhǔn)的最大障礙。本課題研究在線校準(zhǔn)需要的轉(zhuǎn) 接器，一旦安裝，以后校準(zhǔn)時即可現(xiàn)場在線進行。
3.2.1在線壓力接口，安裝至現(xiàn)場管道線路后，可實現(xiàn)被校壓 力表、壓力變送器、壓力測量系統(tǒng)的在線校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時不必拆卸 被校對象。至少包含閥門、多個壓力接頭等結(jié)構(gòu)，并考慮連接制 式規(guī)格的適應(yīng)性。
(1)在線壓力接口基座
該基座安裝在現(xiàn)場管道上，帶高壓針閥和三個壓力接頭和 相應(yīng)堵頭(如圖4、5所示）,還能加人標(biāo)準(zhǔn)壓力源，對表頭等進行計量。
(2)快速連接組件
研制的快速連接組件，能對99.9%的壓力表、壓力變送器等 進行安裝、檢測和計量。用螺紋M20xl.5可分別轉(zhuǎn)接以下不同規(guī) 格螺紋。全不銹鋼材質(zhì)。具體規(guī)格、數(shù)量如下：
公制螺紋:M22xl.5、M18xl.5、M16xl.5、M14xl.5、M12xl.25、 M12xl、M10xl、M8xl
英制管螺紋:Gl/8、Gl/4、G3/8、Gl/2 錐管螺紋:ZG1/8、ZGl/4、ZG3/8、ZGl/2美制螺紋:NPT1/8 .NPT1/4、NPT3/8、NPTl/2 還配有氣瓶連接螺紋、變徑式液體隔離器、灰塵潮氣隔離 器、超級快速接母、高、低壓軟管、軸向表接母、雙針雙管壓力表 接母、插接式快速接母、多用起針器、真空過濾器、液體過濾器、 插接管件、“魚尾紋”倒鉤接頭、聚四氟乙稀墊等。
3.3熱源控制技術(shù)
對便攜式熱源,其溫度穩(wěn)定性由熱源本身決定，本方案對其 溫度均勻性和溫度準(zhǔn)確性加以控制。
溫度均勻性主要由恒溫塊的材料及其上的測試孔決定。恒 溫塊材料的選擇應(yīng)考慮導(dǎo)熱性和易于加工。測試孔的孔徑比被 校熱電偶外徑稍大時可以減少桿傳導(dǎo)帶來的熱量損失，從而獲 得較好的溫度均勻性。
采用定期校準(zhǔn)，軟件修正的方式提高熱源溫度準(zhǔn)確性。定期 對熱源溫度進行校準(zhǔn),將每次熱源校準(zhǔn)結(jié)果存儲于軟件中,通過 多點之間插值運算，得到修正曲線,疊加到使用時讀得的熱源溫 度上，從而實現(xiàn)熱源溫度自動修正。
3.4校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)
通過調(diào)研、資料收集分析，編制熱工儀表現(xiàn)場校準(zhǔn)技術(shù)規(guī) 范,作為現(xiàn)場校準(zhǔn)的技術(shù)依據(jù)。按照校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)處 理方法，通過軟件實現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的自動處理。
采用開放性報表的設(shè)計。原始記錄和證書文件等報表以 EXCEL.WORD模板文件為框架，由軟件調(diào)用數(shù)據(jù)庫內(nèi)容自動填 充。采用模板文件，可以兼顧用戶的使用習(xí)慣,可以利用用戶原 有的文檔資源。這種方式使專用軟件具有靈活性、開放性，對需 求變化適應(yīng)能力強,便于后續(xù)證書格式的調(diào)整。只要按要求修改 相應(yīng)模板文件,該軟件即可適用于新的報表格式。
4.結(jié)論
各儀器通信協(xié)議的破譯應(yīng)用使系統(tǒng)集成得以實現(xiàn)，在線壓 力轉(zhuǎn)接技術(shù)解決了壓力現(xiàn)場校準(zhǔn)的瓶頸問題。航空、熱電等大型 企業(yè)的熱工儀器現(xiàn)場校準(zhǔn)問題可以得到合理解決。
