一种压力、差压变送器自动原位校准系统及方法与流程

1.本发明涉及力仪器仪表远程校准技术领域，具体涉及一种压力、差压变送器自动原位校准系统及方法。


背景技术：

2.变送器(压力变送器、差压变送器)须进行周期性校准以确保其量值可靠性，现有的校准模式是需要将变送器拆卸后送至实验室进行校准，反复拆卸和运输会造成变送器不同程度的损耗。
3.并且，周期性校准失去了校准的灵活性，不能实时在线监测压力变送器的性能指标，不符合工业智能化需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种压力、差压变送器自动原位校准系统及方法，能够实现变送器不离开安装位置的自动原位校准，以解决现有变送器周期性校准导致的变送器损耗、不能在线监测的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种压力、差压变送器自动原位校准系统，包括变送器校准管路系统、供气装置、测量装置和控制器；
7.所述供气装置用于向变送器校准管路系统提供校准用气体；
8.所述变送器校准管路系统包括差压变送器管路、压力变送器管路、差压变送器和压力变送器，所述差压变送器管路为差压变送器提供与供气装置连接的校准接口，所述压力变送器管路为压力变送器提供与供气装置连接校准接口；
9.所述测量装置用于采集差压变送器或压力变送器输出的模拟量信号或数字量信号；
10.所述控制器与供气装置和测量装置均通信连接，控制器用于控制供气装置的供气压力；所述控制器根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。
11.本发明的变送器校准管路系统为压力变送器或差压变压器提供批量化现场校准接口；所述供气装置能够提供高精度(0～20)mpa气体在，作为标准气源输入，所述控制器可以是工控机。
12.本发明是通过设置变送器校准管路系统和供气装置为压力变送器或差压变压器提供为标准气源，然后将压力变送器或差压变压器的输出信号直接通过测量装置采集后通过控制器进行计算，实现了压力变送器或差压变送器不离开安装位置的自动原位校准，且能够实现在线监测，解决了现有变送器周期性校准导致的变送器损耗、不能在线监测的问题。
13.进一步地，供气装置包括供气管道、压力控制器和气体增压泵；
14.所述供气管道一端与气源连接，另一端与差压变送器管路和压力变送器管路中的校准接口连接；
15.所述压力控制器和气体增压泵均安装在供气管道上，所述压力控制器与控制器通信连接，由控制器控制压力控制器上升或下降到所需压力点。
16.进一步地，差压变送器管路包括第一排水管和第二排水管，所述第一排水管和第二排水管的一端分别与差压变送器的低压容室端和高压容室端连接，所述第一排水管和第二排水管之间通过连接管连接，该连接管上设置有平衡阀；所述第一排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第一截止阀和第一排水阀，所述第二排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第二截止阀和第二排水阀；
17.所述第一排水管上在第一截止阀和连接管之间设置有第一校准管，所述第一校准管上设置有第一校准阀；
18.所述第二排水管上在第二截止阀和连接管之间设置有第二校准管，所述第二校准管上设置有第二校准阀；所述第二校准管与供气装置连接。
19.进一步地，压力变送器管路包括第三排水管，所述第三排水管一端与压力变送器连接，所述第三排水管上按照远离压力变送器的顺序依次设置有第三截止阀和第三排水阀；
20.所述第三排水管上在第三截止阀和压力变送器之间设置有第三校准管，所述第三校准管上设置有第三校准阀，所述第三校准管与供气装置连接。
21.进一步地，测量装置包括模拟量信号采集模块和控制单元；
22.所述模拟量信号采集模块用于采集压力变送器或差压变送器输出的模拟量信号，并传递给控制单元；
23.所述控制单元与模拟量信号采集模块、压力变送器的输出端、差压变送器的输出端通信连接，所述控制单元用于采集压力差压变送器和差压变送器输出的数字量信号；
24.所述控制单元将采集的数字量信号或接受的模拟量信号传递给控制器。
25.进一步地，模拟量信号采集模块包括低电势快插接头、变送器切换开关和数字多用表；
26.所述低电势快插接头用于将模拟量信号传输给变送器切换开关的输入通道；所述数字多用表串联在变送器切换开关的输出通道上，所述数字多用表用于测量直流电流信号。
27.本发明的变送器切换开关的目的是用于切换通道，其可以是仅仅只含有切换功能的结构，也可以是包括电压转换和切换通道切换的功能，例如，可以将研制由220v供电给切换开关，切换开关进行变压到24v再输送给各个通道。
28.进一步地，模拟量信号采集模块还包括标准电阻，所述标准电阻串联在变送器切换开关的输出通道上，所述标准电阻两端接入数字多用表进行电压测量。
29.进一步地，测量装置安装在集成柜内。
30.进一步地，集成柜内还设置有电源、温湿度传感器和温湿度调节装置；
31.所述电源用于为集成柜内的用电设备供电；
32.所述温湿度传感器和温湿度调节装置均与控制器电连接；所述温湿度传感器用于实时采集集成柜内的温度和湿度，并将采集的温度和湿度信号传递给控制器，所述控制器
根据接收的温度和湿度控制湿度调节装置对集成柜内的温度和湿度进行调节。
33.进一步地，控制器包括检定校准模块和数据处理模块；
34.所述检定校准模块用于控制供气装置中的压力控制器执行升压或降压；用于控制切换测量装置中的变送器切换开关的执行通道，用于读取测量装置中的控制单元的模拟量信号和数字量信号；
35.所述数据处理模块用于获取检定校准模块读取的模拟量信号和数字量信号，并将读取的模拟量信号和数字量信号与标称值进行比较，计算误差、回差、不确定度，并生成原始记录表。
36.进一步地，控制器还包括文件管理模块；
37.所述文件管理模块用于存储数据处理模块生成的原始记录表和计算结果。
38.进一步地，控制器还包括设备管理模块和参数设置模块；
39.所述设备管理模块用于对被校设备和标准设备的信息进行管理和维护；
40.所述参数设置模块用于配置并保存校准环境信息、被校设备信息、标准设备信息、校准人员信息、规程规范信息；根据设备量程和所设定的校准点数量自动生成校准点序列。
41.进一步地，供气装置安装在移动设备上。
42.基于上述自动原位校准系统的校准方法，包括以下步骤：
43.s1、对变送器校准管路系统进行吹扫排空处理；
44.s2、打开差压变送器管路和/或对于差压变送器管路中校准接口上的校准阀，其他阀门闭合，进入校准状态；
45.s3、将供气装置与校准接口连通；
46.s4、测量装置采集变送器输出的模拟量信号或数字量信号；
47.s5、控制器根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。
48.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
49.1、本发明避免了传统计量中压力变送器或差压变送器反复拆卸和运输造成压力变送器或差压变送器过程接口磨损或机体损坏。
50.2、本发明的变送器校准管路系统能够提供批量的校准接口，可同时接入多个压力变送器和/或差压变送器，可实现批量化在线校准。
51.3、本发明校准过程全自动化，提高校准效率。
附图说明
52.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
53.图1为本发明原位校准系统的示意图；
54.图2为本发明差压变送器压力校准管路结构图；
55.图3为本发明压力变送器压力校准管路结构图；
56.图4为本发明通道切换开关示意图；
57.图5为本发明模拟输出类压力、差压变送器与低电势快插端子、通道切换开关连接示意图；
58.图6为本发明控制器中的功能模块示意图。
59.附图中标记及对应的零部件名称：
60.1-变送器校准管路系统；2-供气装置；3-集成柜；4-控制器；31-低电势快插接头。
具体实施方式
61.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
62.实施例1：
63.如图1-图6所示，一种压力、差压变送器自动原位校准系统，包括变送器校准管路系统1、供气装置2、测量装置和控制器4；
64.供气装置2用于向变送器校准管路系统1提供校准用气体；具体地：供气装置2包括供气管道、压力控制器和气体增压泵；所述供气管道一端与气源连接，另一端与差压变送器管路和压力变送器管路中的校准接口连接；所述压力控制器和气体增压泵均安装在供气管道上，所述压力控制器与控制器4通信连接，由控制器4控制压力控制器上升或下降到所需压力点。供气装置2能够实现0～20mpa气体输送。作为优选地，供气装置2安装在移动设备上，移动设备采用任意现有可移动的设备，例如：移动小车等，供气装置2通过移动设备可随意运至现场校准地点。
65.变送器校准管路系统1的校准过程为：
66.在控制器4中设定好需要的压力，气源进入管路后，会不断加压填充将气体的压力施加到整个管路中，阀门关掉的地方就不会有这个压力，与接口连通的管道都会有这个压力。高压容室内有感压原件，这个感压的接口一般叫做“过程接口”，然后压力变送器会将感受到的压力转化为标准化信号4-20ma直流电流信号通过“电气接口”输出，将线缆接出去进行测量。
67.变送器校准管路系统1包括差压变送器管路、压力变送器管路、差压变送器和压力变送器，所述差压变送器管路为差压变送器提供与供气装置2连接的校准接口，所述压力变送器管路为压力变送器提供与供气装置2连接校准接口。变送器校准管路系统1位于环境复杂的工作现场、大厅或生产线上。
68.具体地，差压变送器管路、压力变送器管路分别采用如图2和图3所示的管路结构：
69.其中，如图2所示，差压变送器管路包括第一排水管和第二排水管，所述第一排水管和第二排水管的一端分别与差压变送器的低压容室端和高压容室端连接，所述第一排水管和第二排水管之间通过连接管连接，该连接管上设置有平衡阀；所述第一排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第一截止阀和第一排水阀，所述第二排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第二截止阀和第二排水阀；
70.第一排水管上在第一截止阀和连接管之间设置有第一校准管，所述第一校准管上设置有第一校准阀；
71.第二排水管上在第二截止阀和连接管之间设置有第二校准管，所述第二校准管上设置有第二校准阀；所述第二校准管与供气装置2连接。
72.差压变送器管路中的多个第二校准管上远离差压变送器的一端通过仪表管进行
串联，在仪表管的末端安装一个气源接口，通过该气源接口与供气装置2连接。
73.其中，如图3所示，压力变送器管路包括第三排水管，所述第三排水管一端与压力变送器连接，所述第三排水管上按照远离压力变送器的顺序依次设置有第三截止阀和第三排水阀；
74.所述第三排水管上在第三截止阀和压力变送器之间设置有第三校准管，所述第三校准管上设置有第三校准阀，所述第三校准管与供气装置2连接。
75.压力变送器管路中的多个第三校准管上远离压力变送器的一端通过仪表管进行串联，在仪表管的末端安装一个气源接口，通过该气源接口与供气装置2连接。
76.测量装置用于采集差压变送器或压力变送器输出的模拟量信号或数字量信号；测量装置安装在集成柜3内。
77.具体地，测量装置包括模拟量信号采集模块和控制单元；
78.模拟量信号采集模块用于采集压力变送器或差压变送器输出的模拟量信号，并传递给控制单元；具体地：模拟量信号采集模块包括低电势快插接头31、变送器切换开关和数字多用表；低电势快插接头31用于将模拟量信号传输给变送器切换开关的输入通道，具体地：低电势快插接口31的“公头”位于集成柜3柜外，母头与公头上的各通道一一对应，公头通过插拔模式连接至母头上，位于集成柜3柜内的母头的8对通道连接至变送器切换开关的8个输入通道；所述数字多用表串联在变送器切换开关的输出通道上，所述数字多用表用于测量直流电流信号。
79.或者，模拟量信号采集模块还包括标准电阻，所述标准电阻串联在变送器切换开关的输出通道上，所述标准电阻两端接入数字多用表进行电压测量。
80.其中，变送器切换开关包括开关本体、开关外壳的电源接口、rs232通讯接口、通道指示灯、8路输入通道、1路输出通道以及开关内部的供电系统、继电器组。
81.控制单元与模拟量信号采集模块、压力变送器的输出端、差压变送器的输出端通信连接，所述控制单元用于采集压力差压变送器和差压变送器输出的数字量信号。
82.作为优选地：集成柜3内还设置有电源、温湿度传感器和温湿度调节装置；
83.电源用于为集成柜3内的用电设备供电；
84.温湿度传感器和温湿度调节装置均与控制器4电连接；所述温湿度传感器用于实时采集集成柜3内的温度和湿度，并将采集的温度和湿度信号传递给控制器4，所述控制器4根据接收的温度和湿度控制湿度调节装置对集成柜3内的温度和湿度进行调节。温湿度调节装置可以是空调等。
85.控制单元将采集的数字量信号或接受的模拟量信号传递给控制器4；控制单元集成了lan、rs232、rs485、pa、can包含在内的多中通讯物理接口，用于接收数字量输出压力变送器或数字量输出差压变送器的输出信号和远程控制柜内数字多用表、变送器切换开关、温湿度传感器、空调等设备。
86.控制器4与供气装置2和测量装置均通信连接，控制器4用于控制供气装置2的供气压力；所述控制器4根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。
87.具体地：控制器4包括检定校准模块和数据处理模块；
88.检定校准模块用于控制供气装置2中的压力控制器执行升压或降压；用于控制切
换测量装置中的变送器切换开关的执行通道，用于读取测量装置中的控制单元的模拟量信号和数字量信号；
89.数据处理模块用于获取检定校准模块读取的模拟量信号和数字量信号，并将读取的模拟量信号和数字量信号与标称值进行比较，计算误差、回差、不确定度，并生成原始记录表。
90.作为优选地：控制器4还包括文件管理模块、设备管理模块和参数设置模块；
91.文件管理模块用于存储数据处理模块生成的原始记录表和计算结果。
92.设备管理模块用于对被校设备和标准设备的信息进行管理和维护；
93.参数设置模块用于配置并保存校准环境信息、被校设备信息、标准设备信息、校准人员信息、规程规范信息；根据设备量程和所设定的校准点数量自动生成校准点序列。
94.实施例2：
95.基于实施例1所述自动原位校准系统的校准方法，包括以下步骤：
96.s1、对变送器校准管路系统1进行吹扫排空处理：校准前排空变送器批量化现场校准管路的介质，打开所有阀门，对仪表管进行吹扫去除管内残留介质；
97.s2、打开差压变送器管路和/或对于差压变送器管路中校准接口上的校准阀，其他阀门闭合，进入校准状态：
98.对于差压变送器，根据图2，打开校准阀1和校准阀门2，其他阀门闭合，进入校准状态；对于压力变送器，根据图3，闭合截止阀和排水阀，打开校准阀，进入校准状态；
99.s3、将供气装置2与校准接口连通；
100.s4、测量装置采集变送器输出的模拟量信号或数字量信号：
101.对于模拟量输出压力变送器，将其电气输出端通过低电势快插接头31接入到集成柜3外部的低电势快插接头31的公头，低电势快插接头31的公头与集成柜3中的低电势快插接头31的母头连接，母头的8对通道连接至压力变送器专用切换开关的输入通道，切换开关的输出通道连接至到数字多用表从而测量4～20ma直流电流信号，也可在切换开关(变送器切换开关简写为切换开关)输出通道上串联一只标准电阻，并将数字多用表连接至电阻两端从而测量电压；若被校压力变送器为数字量输出，将数字量输出压力变送器接入柜内的控制单元上；即对于被校压力变送器为数字量输出，数字量输出压力变送器通过低电势快插接头31连接数字量对应的切换开关，切换开关输出端直接连接控制单元，不再连接到数字多用表上；
102.s5、控制器4根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差：
103.在控制器4上设置好被校设备信息、环境温湿度信息、所依据文件、校准用标准设备信息、测量范围、测量点数，自动生成校准序列，还可对校准序列进行二次修改。对于模拟量输出压力变送器，控制器4控制压力控制器上升或下降到所需压力点，系统判断压力值稳定后控制切换开关依次进行通道切换，数字多用表将电测值发送至控制单元，控制器通过控制单元获取测量值后进行保存和显示；对于数字量输出压力变送器，控制器4控制压力控制器上升或下降到所需压力点，系统判断压力值稳定后通过控制单元读取数字信号输出后进行保存和显示；控制器4将采集到的数据进行自动整理运算，计算示值误差、回差，生成原始记录。
104.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，包括变送器校准管路系统(1)、供气装置(2)、测量装置和控制器(4)；所述供气装置(2)用于向变送器校准管路系统(1)提供校准用气体；所述变送器校准管路系统(1)包括差压变送器管路、压力变送器管路、差压变送器和压力变送器，所述差压变送器管路为差压变送器提供与供气装置(2)连接的校准接口，所述压力变送器管路为压力变送器提供与供气装置(2)连接校准接口；所述测量装置用于采集差压变送器或压力变送器输出的模拟量信号或数字量信号；所述控制器(4)与供气装置(2)和测量装置均通信连接，控制器(4)用于控制供气装置(2)的供气压力；所述控制器(4)根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。2.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述供气装置(2)包括供气管道、压力控制器和气体增压泵；所述供气管道一端与气源连接，另一端与差压变送器管路和压力变送器管路中的校准接口连接；所述压力控制器和气体增压泵均安装在供气管道上，所述压力控制器与控制器(4)通信连接，由控制器(4)控制压力控制器上升或下降到所需压力点。3.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述差压变送器管路包括第一排水管和第二排水管，所述第一排水管和第二排水管的一端分别与差压变送器的低压容室端和高压容室端连接，所述第一排水管和第二排水管之间通过连接管连接，该连接管上设置有平衡阀；所述第一排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第一截止阀和第一排水阀，所述第二排水管上按照远离差压变送器的顺次依次设置有第二截止阀和第二排水阀；所述第一排水管上在第一截止阀和连接管之间设置有第一校准管，所述第一校准管上设置有第一校准阀；所述第二排水管上在第二截止阀和连接管之间设置有第二校准管，所述第二校准管上设置有第二校准阀；所述第二校准管与供气装置(2)连接。4.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述压力变送器管路包括第三排水管，所述第三排水管一端与压力变送器连接，所述第三排水管上按照远离压力变送器的顺序依次设置有第三截止阀和第三排水阀；所述第三排水管上在第三截止阀和压力变送器之间设置有第三校准管，所述第三校准管上设置有第三校准阀，所述第三校准管与供气装置(2)连接。5.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述测量装置包括模拟量信号采集模块和控制单元；所述模拟量信号采集模块用于采集压力变送器或差压变送器输出的模拟量信号，并传递给控制单元；所述控制单元与模拟量信号采集模块、压力变送器的输出端、差压变送器的输出端通信连接，所述控制单元用于采集压力差压变送器和差压变送器输出的数字量信号；所述控制单元将采集的数字量信号或接受的模拟量信号传递给控制器(4)。6.根据权利要求5所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述
模拟量信号采集模块包括低电势快插接头(31)、变送器切换开关和数字多用表；所述低电势快插接头(31)用于将模拟量信号传输给变送器切换开关的输入通道；所述数字多用表串联在变送器切换开关的输出通道上，所述数字多用表用于测量直流电流信号。7.根据权利要求6所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述模拟量信号采集模块还包括标准电阻，所述标准电阻串联在变送器切换开关的输出通道上，所述标准电阻两端接入数字多用表进行电压测量。8.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述测量装置安装在集成柜(3)内。9.根据权利要求8所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述集成柜(3)内还设置有电源、温湿度传感器和温湿度调节装置；所述电源用于为集成柜(3)内的用电设备供电；所述温湿度传感器和温湿度调节装置均与控制器(4)电连接；所述温湿度传感器用于实时采集集成柜(3)内的温度和湿度，并将采集的温度和湿度信号传递给控制器(4)，所述控制器(4)根据接收的温度和湿度控制湿度调节装置对集成柜(3)内的温度和湿度进行调节。10.根据权利要求1所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述控制器(4)包括检定校准模块和数据处理模块；所述检定校准模块用于控制供气装置(2)中的压力控制器执行升压或降压；用于控制切换测量装置中的变送器切换开关的执行通道，用于读取测量装置中的控制单元的模拟量信号和数字量信号；所述数据处理模块用于获取检定校准模块读取的模拟量信号和数字量信号，并将读取的模拟量信号和数字量信号与标称值进行比较，计算误差、回差、不确定度，并生成原始记录表。11.根据权利要求10所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述控制器(4)还包括文件管理模块；所述文件管理模块用于存储数据处理模块生成的原始记录表和计算结果。12.根据权利要求10所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述控制器(4)还包括设备管理模块和参数设置模块；所述设备管理模块用于对被校设备和标准设备的信息进行管理和维护；所述参数设置模块用于配置并保存校准环境信息、被校设备信息、标准设备信息、校准人员信息、规程规范信息；根据设备量程和所设定的校准点数量自动生成校准点序列。13.根据权利要求1-12任一项所述的一种压力、差压变送器自动原位校准系统，其特征在于，所述供气装置(2)安装在移动设备上。14.基于权利要求1-13任一项所述自动原位校准系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、对变送器校准管路系统(1)进行吹扫排空处理；s2、打开差压变送器管路和/或对于差压变送器管路中校准接口上的校准阀，其他阀门闭合，进入校准状态；
s3、将供气装置(2)与校准接口连通；s4、测量装置采集变送器输出的模拟量信号或数字量信号；s5、控制器(4)根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。

技术总结
本发明涉及力仪器仪表远程校准技术领域，公开了一种压力、差压变送器自动原位校准系统及方法，包括变送器校准管路系统、供气装置、测量装置和控制器；供气装置用于向变送器校准管路系统提供校准用气体；变送器校准管路系统包括差压变送器管路、压力变送器管路，差压变送器管路和压力变送器管路分别为差压变送器、压力变送器提供与供气装置连接的校准接口；测量装置用于采集差压变送器或压力变送器输出的模拟量信号或数字量信号；控制器根据接收的模拟量信号或数字量信号，计算差压变送器或压力变送器的测量误差。本发明能够实现变送器不离开安装位置的自动原位校准，以解决现有变送器周期性校准导致的变送器损耗、不能在线监测的问题。问题。问题。


技术研发人员：赵豆 黄钰 胡润勇 徐建军 闫晓 龚建军 廖芳芳
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/25