智能安全阀校验台上的压力传感器校准方法研究

陆建平 张小龙 董晓冬 许波,2 柴军辉,2 张子健 徐浩 陈济锋

1. 宁波市劳动安全技术服务公司，浙江宁波 315100；

2. 宁波市特种设备检验研究院，浙江宁波 315100；

3.宁波中惠信息技术有限公司，浙江宁波 315100

一、引言

安全阀是安装在锅炉、压力容器、管道等设备上，防止承压设备超压或爆炸的保护装置。安全阀在使用过程中，其密封性和整定压力会发生偏差，因此，法规规定在用安全阀必须每年校验一次，新安全阀也需校准后才可使用。现在安全阀很多都在安全阀校验台上校准，安全阀校验台经过智能化改装后实现了安全阀校验现场检测数据实时上传，报告审核审批流程一体化管理。校验台上的压力传感器可以通过信号采集器将压力值转换成具体数值显示出来，其中压力传感器的准确度直接影响安全阀的校准结果。因此，传感器的校准方法对安全阀校准有着直接影响，在方便安全阀校验工作的同时，校准传感器和减小校验结果偏差至关重要。

二、压力传感器工作原理及出现误差的原因

压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应，将压力转换为相应的电信号，经信号放大得到所测的压力参数。敏感材料在受到压力时，在其表面聚集着数量相等、极性相反的电荷Q，里面的晶体片是绝缘体，这样晶体片就形成了一个电容器，如果极板间的电容为C0，那么两极板间电压为：

这样，传感器可以等效为一个电压源和一个串联电容的等效电路，或者是一个电荷源与一个并联电容的等效电路[1]。

这种传感器具有结构简单、体积小、适应恶劣环境、使用寿命长等优点。但所有传感器在使用中都会出现误差，传感器的输出受到温度、湿度等多种因素的影响，其中压力和温度是影响传感器准确度的主要因素，会给传感器的测量结果带来误差，严重时会影响传感器的线性度。

智能安全阀校验台所使用的传感器经过多次加压、泄压，传感器内部元件可能会出现灵敏度降低，产生疲劳效应等情况。针对上述外界因素和传感器自身等原因，我们需要对传感器按一定周期间隔进行校准。

压力传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，如图1 所示。

三、压力传感器校准方法

压力传感器输出不理想的主要因素有零点漂移和非线性。通过对传感器量程上等间距的4 个点的校准来保证其线性度，这4 点中包含量程的零位，这样也校准了零点漂移。

安全阀校验台装有5 个通道的压力表，每个压力表连接1 个传感器，共配备了5 个传感器，这些传感器都连接在信号处理盒中，软件可以通过信号盒读取各通道传感器的信号，将信号转换成具体数值在前端显示。校准软件通过串口通讯的方式发送校准指令，完成校准后输出完成指令。信号处理盒如图2 所示，是集中处理压力信号的地方，其另一端与电脑相连。

我们通过优化校准软件代码，进行了改进与整合，每个量程传感器都按4 个校准点的加密指令通过串口发送，不必每个量程、每个校准点单独发送，这样减少了程序的代码量和串口数据传输的压力，减少出错的可能性。

四、压力传感器校准过程

为了提高传感器校准的准确度和保证线性度，我们将传感器校准分为四步，分别在传感器量程的0、1/4、1/2、3/4 位置做校准，这样可以较好地控制传感器的线性度。校准流程如图3 所示。安全阀校验台操作界面如图4 所示。

（1）打开泄放阀，打开对应通道切换阀；

（2）点击界面上方“传感器校准”按键；

（3）点击“校准”模块，选择对应通道，如图5所示，我们先选择第一通道，如图6 所示；

（4）校正零位，点击采样点1（0 点）右边的“采样”按键，目测压力表指针读数，输入上下压力表数值，然后点击“确认”，如图7 所示；

（5）关闭泄放阀，确认未用通道关闭；

（6）校正压力表量程1/4 处，点击采样点2（1/4点）右边的“采样”按键，根据安全阀校验规范升压至对应通道压力表量程的1/4 处（观察压力表），目测压力表指针读数，输入上下压力表数值，然后点击“确认”，如图8 所示，1MPa 量程的传感器1/4 处为0.25MPa，就加压到0.25MPa；

（7）校正压力表量程1/2 处，点击采样点3（1/2 点）右边的“采样”按键，根据安全阀校验规范升压至对应通道压力表量程的1/2 处（观察压力表），目测压力表指针读数，输入上下压力表数值，然后点击“确认”；

（8）校正压力表量程3/4 处，点击采样点4（3/4 点）右边的“采样”按键，根据安全阀校验规范升压至对应通道压力表量程的3/4 处（观察压力表），目测压力表指针读数，输入上下压力表数值，然后点击“确认”。

压力传感器校准是基于压力表读数准确的情况下，传感器的校准数值与两压力表读数计算，系统判断校准是否合格。如果输入的两个压力表读数相差较大，则系统提示：上下表压力数值相差过大，更换合格的压力表后再进行校准；如校正后传感器读数和压力表不一致，可重复校准，如确认校正无误且传感器读数不正确，则确认传感器不合格或已损坏[3]。

五、结语

压力传感器会随着外界温湿度等原因出现不稳定的情况，按照以上校准方法和流程进行校准，可以有效保证传感器的准确性和线性度。基于Modbus 通讯协议，我们研究并形成了一套完整的压力传感器的校准指令，在以后压力传感器校准应用中有较大的借鉴意义。