基于无线数据采集压力模块检测装置研究

董艳超

(天津市质量技术监督宝坻检测中心 天津 301800)

随着我国制药、医疗及食品行业的发展，对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等进行消毒灭菌的要求不断提高，灭菌设备由此被广泛应用。[1]为了保障灭菌设备的正常工作，需要定期对其进行校准，较早的灭菌器校准采用拆卸压力表和安全阀的方法，这种方法的缺点是再次安装时容易破坏灭菌设备的密封性。[2-6]随着技术的发展，如今研制的灭菌设备已今非昔比，有些为数字显示及自动控制的，拆卸送检已经不再可能。[6]在这种情况下，无线压力模块开始广泛地使用于灭菌设备的校准工作，灭菌设备使用无线压力模块校准直接关系到灭菌设备的安全正常工作。[7,8]为此，笔者研究一种可以对无线压力模块进行校准的装置，该装置可耐压 1,MPa，能对0～0.8,MPa以下的压力模块进行校准，压力指示准确度等级为 0.02级，操作简单安全。文章将主要阐述该装置的设计方案，并利用试验对制作的样机进行试验验证。

1 系统组成

该设计主要采用比较法进行压力检测，设计的装置主要包括标准压力指示装置、承压罐、造压装置、连接管以及保护装置。装置的原理图如图1所示。

1.1 标准压力指示装置

灭菌设备的工作压力一般为 0.2,MPa，最大不超过0.4,MPa，因此计量所用的无线模块测量范围一般为 0～400,kPa，准确度等级为 0.05级以上。本装置选择一块由康斯特公司生产的准确度等级为0.02级，量程为0～600,kPa的数字压力表做为标准压力指示装置。

图1 装置设计原理图Fig.1 Schematic diagram of the design principle

1.2 承压罐

承压罐是校准模块时用来存放模块的罐体，该罐体的体积应足够大，可以同时进行多个模块的校准，在进行压力调节时，较大的腔体内部压力变化较慢，调节到指定压力较为容易；但罐体体积不应太大，太大则对造压装置要求较高，达到指定压力时间较长。通过试验，本装置选择高 50,cm，直径为40,cm 的圆柱形铁质容器，器壁厚度约为 2,cm。为保证安全，承压罐底安装有泄压阀，可以根据系统的工作压力自动启闭，保证承压罐在超过额定压力时自动泄压，以防止意外发生。

1.3 造压装置

造压装置将压力加至指定的标准压力，由于设计的罐体体积较大，因此要求造压装置造压效率较高，加压平稳，噪音较小。本装置选择了扎努西电气机械天津压缩机有限公司生产的一款型号为GP12TB的空气压缩机。

为避免工作疏忽导致的长时间加压损坏压缩机，设计与压缩机并联的压力开关，当装置中压力超过开关的设定值时，自动断开压缩机的电源，保护压缩机。本项目选择了上海梓聪公司生产的一款型号为 SNS-C110X的压力开关，压力调整范围为0.1～1,MPa。

1.4 空气过滤装置

从造压装置出来的压缩空气中含有过量的水汽和油滴，同时还有固体杂质，如铁锈、沙粒、管道密封剂等，这些杂质会损坏连接器件之间的密封环，堵塞连接管，缩短元器件的使用寿命或使之失效。因此在连接管路中连接一个调压过滤器，可以将压缩空气中的液态水、液态油滴分离出来，并滤去空气中的灰尘和固体杂质。同时调压过滤器上带有的调压阀可以将压缩空气调整到需要的压力值以下，也能起到安全保护的作用。本项目中选择了神驰公司生产的一款型号为 NFR-200的调压过滤器，最大可调压力为1,MPa。

鉴于最终的校准装置体积与重量的原因，为方便装置的移动，将装置各部分合理的设计安置于 1辆手推车上。通过多次的探索与研究，最终研制出的样机如图2所示。

图2 装置样机Fig.2 Picture of a device prototype

2 气密性检测试验

2.1 试验目标

该压力模块校准装置校准压力测量范围为 0～0.8,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。该装置压力容器内压力值必须保证能够稳定在0.004,MPa/h。

2.2 环境条件

试验条件满足温度(20±5)℃，相对湿度不大于 85%，设备周围无腐蚀性气体，无其他热源。

2.3 试验数据

第 1个 2,min内压力值下降 0.004,0,MPa；第 2个 2,min内压力值下降 0.001,8,MPa；第 3个 2,min内下降0.000,6,MPa；第 4个 2,min内下降 0.000 3,MPa。

2.4 试验结论

加压阶段因为气体分子间距较大，且有弹性回滞现象，腔体内压力在经过 4～5,min才逐渐趋于稳定，达到气密性试验要求，所以该项目设计的压力容器的气密性是可以保证的。

3 结 论

本文设计并研制的检测装置模拟了无线数据采集压力模块的工作过程，装置运行安全稳定，准确可靠。试验结果表明，该装置符合压力量值溯源性能指标要求。该项目的研制可将天津市空间压力场提供的溯源能力由 0～20,kPa提升至 0～0.8,MPa，为食品、医药行业的科研工作提供了技术支撑。■

［1］沈瑾，张流波.压力蒸汽灭菌器的研究进展[J].中国消毒学杂志，2007(3)：271-274.

［2］李天利，吴正斌，胡泓，等.一种可同时测量温度和压力的新型 SAW 传感器[J].纳米技术与精密工程，2009(11)：563-568.

［3］王孔祥.高压蒸汽灭菌器压力校准方法[J].上海计量测试，2011(5)：57-60.

［4］洪汉彪，王顺捷.压力蒸汽灭菌器检测方法的探讨[J].计量与测试技术，2011(38)：57-58.

［5］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(5)：30-31.

［6］张鹏，荆斌，陈文霞，等.压力蒸汽灭菌装备质量控制检测标准及检测装置研发[J].中国医学装备，2013(6)：14-16.

［7］Xu Bai，Yongjie Fu.Design of pressure test system based on wireless communication technology[C]// The Ninth International Conference on Electronic Measurement & Instruments.Huludao，China，2009：154-158.

［8］Xiong Jijun，Zheng Shijun，Hong Yingping，et al.Measurement of wireless pressure sensors fabricated in high temperature co-fired ceramic MEMS technology[J].Journal of Zhejiang University-Science C(Computers &Electronics)，2013(4)：258-263.