灭菌器用压力模块校准装置的设计与研究
2014-07-21 20:46杜寅飞等
科技与创新 2014年6期
杜寅飞等
摘 要：压力灭菌器作为消毒灭菌设备，对医疗器械、玻璃器皿、溶液培养基等物品进行消毒灭菌，被广泛应用于医疗卫生食品、科研和农业等行业。可以将灭菌器用压力模块置于灭菌器内，采集灭菌器内的压力值，保证校准灭菌器内的压力工作。研究和设计了一套用于此类压力模块量值溯源的系统装置，该装置测量范围为0～0.8 MPa，精度可达到0.02级，以供参考。
关键词：灭菌器；压力模块；校准装置；消毒灭菌
中图分类号：TH771+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0026-02
1 介绍
高压蒸汽灭菌器作为一种有效的消毒灭菌设备，同时又是一种压力容器，属于特种设备。按《特种设备安全监察条例》规定，其最高工作压力应≥0.1 MPa（表压）、压力与容积的乘积≥2.5 Mpa·L的气体、液化气体、最高工作温度≥标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器。使用单位应当对该设备上压力、温度计量仪器进行周期检定或校准，以保证量值传递的准确性和可靠性。
传统测量压力活动主要采用标准器与被检仪器，通过气路或油路方式相连接，实现测量值与标准值的比较。该方式的技术处理和量值溯源方法已经非常成熟，但灭菌设备因其特有的高压密封性质，无法使用计量部门常规方法进行测量。随着计算机技术和压力传感器技术的发展，最近研制出一种无线一体的压力模块，比如NanoVACQ的温压模块，其压力测量范围为3 000～500 000 Pa（绝压），精度为0.5%FS（%FS表示精度和满量程的百分比），内存容量为48 000 个点，采样速率最低间隔1 s，将压力模块按要求设置好， 放置到密闭的灭菌设备内， 就可以对灭菌全过程中的压力参数进行测量采集。此类模块具有体积小、重量轻和无线连接等特点， 可根据需要放置灭菌设备内任意位置；并且通过与计算机通讯连接，可以将数据存储到计算机硬盘内，将压力与时间参数按曲线形式直观地展现出来。
目前，国内有些计量部门已经采用了此类模块对密闭灭菌设备进行检测，但此类无线压力模块的量值溯源一直困扰着这些计量单位。因此，本课题提出并研制成功了一套可以溯源此类无线压力模块的校准装置。
2 校准装置设计
灭菌用压力模块是一种无线压力测量模块，其内置的压力传感器作为感压元件，没有与外界连接的装置，可以测量和采集该压力模块所置空间的压力。所以，溯源此类压力模块必须建立一个能够稳定保持一定压力的密闭压力容器，设计系统由压力主体系统和稳压系统两部分组成。
2.1 压力主体系统
主体为一密闭圆柱形压力容器，由腔体和顶盖两部分组成，中间由法兰零件连接。为保证密封性，在连接处增加一个O型密封圈。顶部与标准器数字精密压力表相连，用来显示容器内气体压强；底部装有安全阀，用来对容器内超压时放气减压，以保证工作安全。
2.2 稳压系统
供气增压系统由加压泵、压力开关、加压控制阀和泄压控制阀组成。加压泵可以逐渐稳定地向压力容器提供压力，最大可达1 MPa；为防止连接管路压力过大导致破裂，在加压泵和压力容器之间安装一个压力开关，当管路压力大于所设定的额定压力时，可以自动切断加压泵的电源；通过加压控制阀和泄压控制阀可以调节控制压力容器内压力的大小，保证可以在不同压力点下对压力模块进行校准。
2.3 试验样机
试验样机如图1所示，主体部分的压力容器采用5 mm厚不锈钢钢材加工而成，容积约为25 L；盖体与主体采用法兰式连接方式，能够保证容器气密性。标准表为ConST273数字精密压力表，量程为0～1 MPa，精度等级为0.02级。气体发生装置为一高精度加压泵，可以为压力容器稳定增压。
3 实验
3.1 气密性实验
3.1.1 实验目标
该压力模块校准装置校准压力测量范围为0～1 MPa，精度等级为0.02%FS；被校准压力模块测量满量程一般为0.25～0.6 MPa，精度等级为0.5%FS.所以，该装置压力容器内压力值必须保证能够稳定在0.001 MPa。
3.1.2 实验环境条件
实验条件满足温度为（20±5）℃，相对湿度不大于85%，设备周围无腐蚀性气体和其他热源。
3.1.3 实验步骤
拧紧法兰上各螺栓后，打开加压控制阀，并关闭泄压控制阀，开启加压泵；当缓慢加压到1 MPa时，关闭加压控制阀，观察精密数字压力表数值的变化。
3.1.4 实验结果
实验结果为：第一个1 min内压力值下降0.003 8 MPa；第二个1 min内压力值下降0.002 0 MPa；第三个1 min内下降0.000 8 MPa；第四个1 min内下降0.000 5 MPa。
3.1.5 实验结论
在加压过程中，由于气体分子间距较大，存在弹性回滞问题。所以腔体内压力在稳定3～4 min后逐渐趋于稳定，可以达到气密性实验目标。可见，所设计研制的压力容器的气密性是有保证的。
3.2 校准实验
3.2.1 实验环境条件
校准实验的环境条件与气密性实验环境条件相同。
3.2.2 实验步骤
将被校准压力模块平稳放置于压力容器内，封闭好压力容器，开始加压。当精密数字压力表上显示的数值稳定在0.100 MPa和0.200 MPa时，各放置一段时间，并对压力模块进行数据采集，实验后泄压放气。
3.2.3 实验结果
该压力模块为绝压测量模块，全过程采集数据经计算机曲线处理后如图2所示，曲线AB间为压力模块采集时的大气压力数值曲线，曲线CD和EF分别为精密数字压力表显示0.100 MPa和0.200 MPa时采集数据的数值曲线。通过计算机计算，当时大气压力平均值为0.101 88 mbar，曲线CD间平均值为2020.6 mbar，曲线EF间平均值为3 017.7 mbar；经计算和单位换算后可得曲线CD间平均值为0.100 2 MPa，曲线EF间平均值为0.199 9 MPa。
3.2.4 实验结论
被校准压力模块的测量数值与标准器精密数字压力表显示数值相差无几，这说明了该校准装置可以对此类无线压力模块进行校准。
参考文献
[1]王孔祥.高压蒸汽灭菌器压力校准方法[J].上海计量测试，2011，22（05）：57-60.
[2]朱炜，张道隽.高温高压灭菌器校准方法的研究[J].工业计量，2012，22（05）：30-31.
[3]于海岗.高压蒸汽灭菌器的温度分布[J].中国测试技术，2007，33（06）：66-67.
〔编辑：李珏〕
摘 要：压力灭菌器作为消毒灭菌设备，对医疗器械、玻璃器皿、溶液培养基等物品进行消毒灭菌，被广泛应用于医疗卫生食品、科研和农业等行业。可以将灭菌器用压力模块置于灭菌器内，采集灭菌器内的压力值，保证校准灭菌器内的压力工作。研究和设计了一套用于此类压力模块量值溯源的系统装置，该装置测量范围为0～0.8 MPa，精度可达到0.02级，以供参考。
关键词：灭菌器；压力模块；校准装置；消毒灭菌
中图分类号：TH771+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0026-02
1 介绍
高压蒸汽灭菌器作为一种有效的消毒灭菌设备，同时又是一种压力容器，属于特种设备。按《特种设备安全监察条例》规定，其最高工作压力应≥0.1 MPa（表压）、压力与容积的乘积≥2.5 Mpa·L的气体、液化气体、最高工作温度≥标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器。使用单位应当对该设备上压力、温度计量仪器进行周期检定或校准，以保证量值传递的准确性和可靠性。
传统测量压力活动主要采用标准器与被检仪器，通过气路或油路方式相连接，实现测量值与标准值的比较。该方式的技术处理和量值溯源方法已经非常成熟，但灭菌设备因其特有的高压密封性质，无法使用计量部门常规方法进行测量。随着计算机技术和压力传感器技术的发展，最近研制出一种无线一体的压力模块，比如NanoVACQ的温压模块，其压力测量范围为3 000～500 000 Pa（绝压），精度为0.5%FS（%FS表示精度和满量程的百分比），内存容量为48 000 个点，采样速率最低间隔1 s，将压力模块按要求设置好， 放置到密闭的灭菌设备内， 就可以对灭菌全过程中的压力参数进行测量采集。此类模块具有体积小、重量轻和无线连接等特点， 可根据需要放置灭菌设备内任意位置；并且通过与计算机通讯连接，可以将数据存储到计算机硬盘内，将压力与时间参数按曲线形式直观地展现出来。
目前，国内有些计量部门已经采用了此类模块对密闭灭菌设备进行检测，但此类无线压力模块的量值溯源一直困扰着这些计量单位。因此，本课题提出并研制成功了一套可以溯源此类无线压力模块的校准装置。
2 校准装置设计
灭菌用压力模块是一种无线压力测量模块，其内置的压力传感器作为感压元件，没有与外界连接的装置，可以测量和采集该压力模块所置空间的压力。所以，溯源此类压力模块必须建立一个能够稳定保持一定压力的密闭压力容器，设计系统由压力主体系统和稳压系统两部分组成。
2.1 压力主体系统
主体为一密闭圆柱形压力容器，由腔体和顶盖两部分组成，中间由法兰零件连接。为保证密封性，在连接处增加一个O型密封圈。顶部与标准器数字精密压力表相连，用来显示容器内气体压强；底部装有安全阀，用来对容器内超压时放气减压，以保证工作安全。
2.2 稳压系统
供气增压系统由加压泵、压力开关、加压控制阀和泄压控制阀组成。加压泵可以逐渐稳定地向压力容器提供压力，最大可达1 MPa；为防止连接管路压力过大导致破裂，在加压泵和压力容器之间安装一个压力开关，当管路压力大于所设定的额定压力时，可以自动切断加压泵的电源；通过加压控制阀和泄压控制阀可以调节控制压力容器内压力的大小，保证可以在不同压力点下对压力模块进行校准。
2.3 试验样机
试验样机如图1所示，主体部分的压力容器采用5 mm厚不锈钢钢材加工而成，容积约为25 L；盖体与主体采用法兰式连接方式，能够保证容器气密性。标准表为ConST273数字精密压力表，量程为0～1 MPa，精度等级为0.02级。气体发生装置为一高精度加压泵，可以为压力容器稳定增压。
3 实验
3.1 气密性实验
3.1.1 实验目标
该压力模块校准装置校准压力测量范围为0～1 MPa，精度等级为0.02%FS；被校准压力模块测量满量程一般为0.25～0.6 MPa，精度等级为0.5%FS.所以，该装置压力容器内压力值必须保证能够稳定在0.001 MPa。
3.1.2 实验环境条件
实验条件满足温度为（20±5）℃，相对湿度不大于85%，设备周围无腐蚀性气体和其他热源。
3.1.3 实验步骤
拧紧法兰上各螺栓后，打开加压控制阀，并关闭泄压控制阀，开启加压泵；当缓慢加压到1 MPa时，关闭加压控制阀，观察精密数字压力表数值的变化。
3.1.4 实验结果
实验结果为：第一个1 min内压力值下降0.003 8 MPa；第二个1 min内压力值下降0.002 0 MPa；第三个1 min内下降0.000 8 MPa；第四个1 min内下降0.000 5 MPa。
3.1.5 实验结论
在加压过程中，由于气体分子间距较大，存在弹性回滞问题。所以腔体内压力在稳定3～4 min后逐渐趋于稳定，可以达到气密性实验目标。可见，所设计研制的压力容器的气密性是有保证的。
3.2 校准实验
3.2.1 实验环境条件
校准实验的环境条件与气密性实验环境条件相同。
3.2.2 实验步骤
将被校准压力模块平稳放置于压力容器内，封闭好压力容器，开始加压。当精密数字压力表上显示的数值稳定在0.100 MPa和0.200 MPa时，各放置一段时间，并对压力模块进行数据采集，实验后泄压放气。
3.2.3 实验结果
该压力模块为绝压测量模块，全过程采集数据经计算机曲线处理后如图2所示，曲线AB间为压力模块采集时的大气压力数值曲线，曲线CD和EF分别为精密数字压力表显示0.100 MPa和0.200 MPa时采集数据的数值曲线。通过计算机计算，当时大气压力平均值为0.101 88 mbar，曲线CD间平均值为2020.6 mbar，曲线EF间平均值为3 017.7 mbar；经计算和单位换算后可得曲线CD间平均值为0.100 2 MPa，曲线EF间平均值为0.199 9 MPa。
3.2.4 实验结论
被校准压力模块的测量数值与标准器精密数字压力表显示数值相差无几，这说明了该校准装置可以对此类无线压力模块进行校准。
参考文献
[1]王孔祥.高压蒸汽灭菌器压力校准方法[J].上海计量测试，2011，22（05）：57-60.
[2]朱炜，张道隽.高温高压灭菌器校准方法的研究[J].工业计量，2012，22（05）：30-31.
[3]于海岗.高压蒸汽灭菌器的温度分布[J].中国测试技术，2007，33（06）：66-67.
〔编辑：李珏〕
摘 要：压力灭菌器作为消毒灭菌设备，对医疗器械、玻璃器皿、溶液培养基等物品进行消毒灭菌，被广泛应用于医疗卫生食品、科研和农业等行业。可以将灭菌器用压力模块置于灭菌器内，采集灭菌器内的压力值，保证校准灭菌器内的压力工作。研究和设计了一套用于此类压力模块量值溯源的系统装置，该装置测量范围为0～0.8 MPa，精度可达到0.02级，以供参考。
关键词：灭菌器；压力模块；校准装置；消毒灭菌
中图分类号：TH771+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0026-02
1 介绍
高压蒸汽灭菌器作为一种有效的消毒灭菌设备，同时又是一种压力容器，属于特种设备。按《特种设备安全监察条例》规定，其最高工作压力应≥0.1 MPa（表压）、压力与容积的乘积≥2.5 Mpa·L的气体、液化气体、最高工作温度≥标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器。使用单位应当对该设备上压力、温度计量仪器进行周期检定或校准，以保证量值传递的准确性和可靠性。
传统测量压力活动主要采用标准器与被检仪器，通过气路或油路方式相连接，实现测量值与标准值的比较。该方式的技术处理和量值溯源方法已经非常成熟，但灭菌设备因其特有的高压密封性质，无法使用计量部门常规方法进行测量。随着计算机技术和压力传感器技术的发展，最近研制出一种无线一体的压力模块，比如NanoVACQ的温压模块，其压力测量范围为3 000～500 000 Pa（绝压），精度为0.5%FS（%FS表示精度和满量程的百分比），内存容量为48 000 个点，采样速率最低间隔1 s，将压力模块按要求设置好， 放置到密闭的灭菌设备内， 就可以对灭菌全过程中的压力参数进行测量采集。此类模块具有体积小、重量轻和无线连接等特点， 可根据需要放置灭菌设备内任意位置；并且通过与计算机通讯连接，可以将数据存储到计算机硬盘内，将压力与时间参数按曲线形式直观地展现出来。
目前，国内有些计量部门已经采用了此类模块对密闭灭菌设备进行检测，但此类无线压力模块的量值溯源一直困扰着这些计量单位。因此，本课题提出并研制成功了一套可以溯源此类无线压力模块的校准装置。
2 校准装置设计
灭菌用压力模块是一种无线压力测量模块，其内置的压力传感器作为感压元件，没有与外界连接的装置，可以测量和采集该压力模块所置空间的压力。所以，溯源此类压力模块必须建立一个能够稳定保持一定压力的密闭压力容器，设计系统由压力主体系统和稳压系统两部分组成。
2.1 压力主体系统
主体为一密闭圆柱形压力容器，由腔体和顶盖两部分组成，中间由法兰零件连接。为保证密封性，在连接处增加一个O型密封圈。顶部与标准器数字精密压力表相连，用来显示容器内气体压强；底部装有安全阀，用来对容器内超压时放气减压，以保证工作安全。
2.2 稳压系统
供气增压系统由加压泵、压力开关、加压控制阀和泄压控制阀组成。加压泵可以逐渐稳定地向压力容器提供压力，最大可达1 MPa；为防止连接管路压力过大导致破裂，在加压泵和压力容器之间安装一个压力开关，当管路压力大于所设定的额定压力时，可以自动切断加压泵的电源；通过加压控制阀和泄压控制阀可以调节控制压力容器内压力的大小，保证可以在不同压力点下对压力模块进行校准。
2.3 试验样机
试验样机如图1所示，主体部分的压力容器采用5 mm厚不锈钢钢材加工而成，容积约为25 L；盖体与主体采用法兰式连接方式，能够保证容器气密性。标准表为ConST273数字精密压力表，量程为0～1 MPa，精度等级为0.02级。气体发生装置为一高精度加压泵，可以为压力容器稳定增压。
3 实验
3.1 气密性实验
3.1.1 实验目标
该压力模块校准装置校准压力测量范围为0～1 MPa，精度等级为0.02%FS；被校准压力模块测量满量程一般为0.25～0.6 MPa，精度等级为0.5%FS.所以，该装置压力容器内压力值必须保证能够稳定在0.001 MPa。
3.1.2 实验环境条件
实验条件满足温度为（20±5）℃，相对湿度不大于85%，设备周围无腐蚀性气体和其他热源。
3.1.3 实验步骤
拧紧法兰上各螺栓后，打开加压控制阀，并关闭泄压控制阀，开启加压泵；当缓慢加压到1 MPa时，关闭加压控制阀，观察精密数字压力表数值的变化。
3.1.4 实验结果
实验结果为：第一个1 min内压力值下降0.003 8 MPa；第二个1 min内压力值下降0.002 0 MPa；第三个1 min内下降0.000 8 MPa；第四个1 min内下降0.000 5 MPa。
3.1.5 实验结论
在加压过程中，由于气体分子间距较大，存在弹性回滞问题。所以腔体内压力在稳定3～4 min后逐渐趋于稳定，可以达到气密性实验目标。可见，所设计研制的压力容器的气密性是有保证的。
3.2 校准实验
3.2.1 实验环境条件
校准实验的环境条件与气密性实验环境条件相同。
3.2.2 实验步骤
将被校准压力模块平稳放置于压力容器内，封闭好压力容器，开始加压。当精密数字压力表上显示的数值稳定在0.100 MPa和0.200 MPa时，各放置一段时间，并对压力模块进行数据采集，实验后泄压放气。
3.2.3 实验结果
该压力模块为绝压测量模块，全过程采集数据经计算机曲线处理后如图2所示，曲线AB间为压力模块采集时的大气压力数值曲线，曲线CD和EF分别为精密数字压力表显示0.100 MPa和0.200 MPa时采集数据的数值曲线。通过计算机计算，当时大气压力平均值为0.101 88 mbar，曲线CD间平均值为2020.6 mbar，曲线EF间平均值为3 017.7 mbar；经计算和单位换算后可得曲线CD间平均值为0.100 2 MPa，曲线EF间平均值为0.199 9 MPa。
3.2.4 实验结论
被校准压力模块的测量数值与标准器精密数字压力表显示数值相差无几，这说明了该校准装置可以对此类无线压力模块进行校准。
参考文献
[1]王孔祥.高压蒸汽灭菌器压力校准方法[J].上海计量测试，2011，22（05）：57-60.
[2]朱炜，张道隽.高温高压灭菌器校准方法的研究[J].工业计量，2012，22（05）：30-31.
[3]于海岗.高压蒸汽灭菌器的温度分布[J].中国测试技术，2007，33（06）：66-67.
〔编辑：李珏〕
