氣體混合配比儀校準(zhǔn)方法研究

王曉靚，張金光，劉漢冶

(國(guó)防科技工業(yè)2311 二級(jí)計(jì)量站，黑龍江 哈爾濱150046)

0 引言

隨著我國(guó)焊接技術(shù)水平和自動(dòng)化水平以及工業(yè)對(duì)焊接質(zhì)量的要求日益提高，使得混合氣體保護(hù)焊的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。氣體混合配比儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)配比儀)是提供均勻的兩元或三元混合氣體的裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)兩元或三元?dú)怏w的流量，輸出滿足焊接生產(chǎn)要求的混合氣體。目前配比儀大量應(yīng)用在廣泛的焊接領(lǐng)域。圖1為配比儀配比儀的型式，其中左圖為兩元混合，右圖為三元混合。

圖1 氣體混合配比儀型式

1 氣體混合配比儀結(jié)構(gòu)及工作原理

配比儀是由氣體流量計(jì)、壓力控制器、過(guò)濾裝置和擴(kuò)散器通過(guò)軟管連接組合的一整套設(shè)備，其工作原理如圖2 所示。設(shè)備后端分別連接兩種或三種不同氣體，在壓力控制器的壓力保護(hù)下，通過(guò)調(diào)節(jié)前端流量計(jì)流量，兩種或三種氣體在內(nèi)部過(guò)濾裝置和擴(kuò)散器中混合，最終輸出的是具有一定的配比濃度的可靠?jī)稍蛉旌蠚怏w。

圖2 氣體混合配比儀工作原理圖

其主要的計(jì)量參數(shù)是氣體流量，混合氣體的配比準(zhǔn)確性是由流量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。例如在配比Ar 和CO2的混合氣體時(shí)，要求CO2的濃度比值為:25%，通常情況下，Ar 和CO2的輸出流量值分別為:15 L/min 和5 L/min。如果配比儀顯示的流量參數(shù)不準(zhǔn)確，配比出來(lái)的混合氣體中CO2濃度比值就會(huì)改變而不滿足工藝要求，直接會(huì)影響到焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。

壓力控制器是配比儀的重要組成部分，它具有在輸入壓力不同時(shí)而保證輸出壓力相同的功能，有降壓和穩(wěn)壓的作用。壓力控制器需要一定的氣源壓力(額定進(jìn)氣壓力)才能工作。如果某一種氣源的壓力值超出或者低于這個(gè)壓力范圍，配比儀將不能實(shí)現(xiàn)氣體混合的功能。同樣，壓力控制器也是一種過(guò)壓保護(hù)裝置，當(dāng)壓力輸入值過(guò)大時(shí)，為了保護(hù)前端氣體流量計(jì)，會(huì)通過(guò)安全閥自動(dòng)排出氣體，起到保護(hù)設(shè)備的作用。此外，與壓力控制器相連接的進(jìn)氣接口，流量計(jì)接口是由塑料軟管連接的，在配比儀內(nèi)部，一旦有氣體泄漏的地方輕易的不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，如果需要配比的混合氣體中含有氧氣，必然會(huì)導(dǎo)致安全事故。

2 氣體混合配比儀校準(zhǔn)方法

出于安全生產(chǎn)和保證配比儀輸出的混合氣體濃度指標(biāo)符合工藝要求就需要對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。正如前文所述，該設(shè)備是由多個(gè)計(jì)量器具通過(guò)軟管連接組合的一整套設(shè)備，通常的做法是把各儀表拆卸下來(lái)，分別對(duì)氣體流量計(jì)和壓力控制器進(jìn)行校準(zhǔn)。這種方法的缺點(diǎn)在于拆卸和安裝時(shí)都比較麻煩，內(nèi)部連接管路和接頭多為一次性安裝部件，易損壞;安裝后的密封性無(wú)法保證，各項(xiàng)計(jì)量參數(shù)無(wú)法統(tǒng)一的校準(zhǔn)。所以，只有通過(guò)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，才能確保各參數(shù)技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確可靠。圖3 為某型號(hào)配比儀內(nèi)部氣體管路結(jié)構(gòu)。

圖3 某型號(hào)氣體混合配比儀內(nèi)部氣體管路結(jié)構(gòu)

本文介紹的是整機(jī)多參數(shù)校準(zhǔn)，即不拆卸任何計(jì)量?jī)x表，通過(guò)管路連接標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，需要校準(zhǔn)的有氣體流量計(jì)、壓力控制器、密封性。以氮?dú)馄?氮?dú)鉃槎栊詺怏w，常況下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)臭的氣體)內(nèi)的壓力為整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程的流量和壓力源，氮?dú)馔ㄟ^(guò)管路流經(jīng)配比儀、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)，通過(guò)直接比較法校準(zhǔn)出配比儀的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)。出于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和便攜等因素考慮，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)采用數(shù)字皂膜流量計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)采用數(shù)字壓力計(jì)，以及配備一臺(tái)便攜式造壓器。圖4 為配比儀校準(zhǔn)原理圖。

圖4 氣體混合配比儀校準(zhǔn)原理圖

配比儀輸出的兩元混合氣體的濃度是通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以流量參數(shù)是配比儀的主要技術(shù)參數(shù)。選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)開(kāi)關(guān)，在配比儀進(jìn)入工作狀態(tài)的前提下，分別對(duì)二元或三元?dú)怏w流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，例如CO2，O2和N2的混合氣體配比儀，當(dāng)校準(zhǔn)CO2流量計(jì)時(shí)，關(guān)閉O2和N2的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān);同樣，當(dāng)校準(zhǔn)O2流量計(jì)時(shí)，關(guān)閉CO2和N2的流量調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)的刻度流量值，氣體輸出端與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)連接，直接比較數(shù)據(jù)得到流量參數(shù)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

配比儀內(nèi)部的壓力控制器是連接氣源和流量計(jì)控制的壓力部件。壓力控制器有一定的工作壓力范圍，當(dāng)氣源壓力低于壓力范圍時(shí)，壓力控制器不會(huì)工作。當(dāng)氣源壓力超出壓力范圍時(shí)，壓力控制器會(huì)采取過(guò)壓保護(hù)，同樣也不會(huì)進(jìn)入到工作程序。選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)開(kāi)關(guān)，通過(guò)數(shù)字壓力計(jì)和造壓器對(duì)配比儀進(jìn)行加壓試驗(yàn)，測(cè)試出壓力控制器的額定工作壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力控制器進(jìn)行校準(zhǔn)的同時(shí)又能精確的校準(zhǔn)出壓力控制器的安全工作壓力范圍。

配比儀的功能需要其內(nèi)部具有良好的密封性才能實(shí)現(xiàn)。密封性不僅會(huì)影響到其工作壓力的穩(wěn)壓狀態(tài)，還會(huì)影響到氣體配比濃度。在對(duì)配比儀進(jìn)行密封性測(cè)試時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)拈y門(mén)開(kāi)關(guān)，通過(guò)數(shù)字壓力計(jì)與配比儀連接，對(duì)其進(jìn)行施加一定的壓力，耐壓一段時(shí)間后，測(cè)試出1min 內(nèi)泄漏的壓力值，完成密封性測(cè)試。

3 校準(zhǔn)過(guò)程中的一些注意問(wèn)題

本文中介紹的校準(zhǔn)方法需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題:校準(zhǔn)裝置的選擇、壓力連接接口的設(shè)計(jì)、流量連接接口的設(shè)計(jì)、配比儀密封性的測(cè)試以及使用不同氣源時(shí)對(duì)配比儀的數(shù)據(jù)影響。

考慮到可擴(kuò)展到現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的可能性，配比儀校準(zhǔn)裝置就需要設(shè)計(jì)的具有便攜的優(yōu)點(diǎn)，以便于在企業(yè)服務(wù)時(shí)方便運(yùn)輸。同時(shí)也考慮到設(shè)備運(yùn)輸過(guò)程中或外界環(huán)境的變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，選擇標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，要把穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)等要求考慮進(jìn)去。

壓力連接主要有進(jìn)口和出口連接，要考慮到接口的安全性和密封性，尤其是配比儀在與氣源連接時(shí)更要注意到這一點(diǎn)，接口設(shè)計(jì)時(shí)要選擇耐高壓的材料。流量連接就是流量標(biāo)準(zhǔn)器與配比儀的出口連接，其安全性和密封性也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，出口管徑和標(biāo)準(zhǔn)器的管徑大小要匹配，必要時(shí)在配比儀出口處設(shè)計(jì)一個(gè)截止閥，防止流量的突然變化，起到保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的目的。此外，配比儀密封性的測(cè)試涉及到微壓測(cè)量，壓力標(biāo)準(zhǔn)器的選擇不但要滿足配比儀的壓力指標(biāo)，還要達(dá)到校準(zhǔn)其泄漏量的要求，所以壓力校準(zhǔn)裝置的選擇要把準(zhǔn)確度指標(biāo)提高一些。

在校準(zhǔn)配比儀時(shí)，選擇用氮?dú)庾鳛闅庠磥?lái)完成現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作。例如，配比儀配比的是Ar 和CO2兩種氣體，在校準(zhǔn)時(shí)全部使用N2作為氣源使用。三種氣體的密度不同，得到的流量值并不是刻度流量值，所以需要對(duì)Ar 和CO2分別進(jìn)行氣體密度修正。要在流量計(jì)算公式右端乘以密度修正系數(shù)B1。和ρSN分別為檢定用介質(zhì)與刻度用介質(zhì)的密度值。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷提升，對(duì)產(chǎn)品零部器件焊接質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格，針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中使用的配比儀進(jìn)行校準(zhǔn)也越來(lái)越受到重視。通過(guò)本文介紹的對(duì)配比儀的校準(zhǔn)方法，可以不必拆卸各儀表而實(shí)現(xiàn)整機(jī)多參數(shù)的校準(zhǔn);出于對(duì)配比儀的使用安全考慮，增加了對(duì)其密封性進(jìn)行校準(zhǔn)的項(xiàng)目。使經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的配比儀數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠，輸出的混合氣體濃度指標(biāo)滿足生產(chǎn)工藝要求，在提高了使用安全系數(shù)的同時(shí)也解決了配比儀的溯源問(wèn)題。

［1］國(guó)防科工委科技與質(zhì)量司. 力學(xué)計(jì)量［M］. 北京:原子能出版社.

［2］蘇彥勛. 流量計(jì)量與測(cè)試［M］. 北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

［3］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，胡安倫. 壓力控制器檢定規(guī)程［S］. 2011.

［4］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，徐英華. 浮子流量計(jì)檢定規(guī)程［S］. 2007.

［5］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，屠立猛. 浮標(biāo)式氧氣吸入器檢定規(guī)程［S］. 1996.