高精度寬量程智能氣源控制系統(tǒng)研究

王 洋，盛曉巖，李鑫武，彭 軼

(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100095)

0 引言

壓力控制系統(tǒng)是由用于氣體流體控制的各個(gè)壓力元器件按照一定的方式連接組成的。該系統(tǒng)按照預(yù)定的方式工作，通過(guò)對(duì)氣體介質(zhì)的連續(xù)控制，精確輸出用戶指定的目標(biāo)壓力[1]。壓力控制系統(tǒng)主要由氣源系統(tǒng)、壓力發(fā)生及調(diào)節(jié)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器等部分組成。其中，氣源控制系統(tǒng)作為氣介質(zhì)來(lái)源，是壓力控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是氣體壓力參數(shù)測(cè)試、校準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

通常，在氣體壓力參數(shù)的測(cè)試、校準(zhǔn)中使用的校準(zhǔn)裝置或測(cè)試設(shè)備需要外接氣源系統(tǒng)。在正壓壓力參數(shù)校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)，通常使用氣瓶或壓縮空氣泵配合減壓閥[2]作為正壓壓力源；在負(fù)壓壓力參數(shù)校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)，通常采用真空泵作為負(fù)壓氣源輸入。傳統(tǒng)測(cè)試校準(zhǔn)中，正壓、負(fù)壓測(cè)試往往分別完成，需要使用不同的校驗(yàn)儀器，并且各自使用一套氣源系統(tǒng)。當(dāng)然，也有部分壓力測(cè)試校準(zhǔn)設(shè)備中覆蓋正壓和負(fù)壓的測(cè)量。該類儀器中通常設(shè)有連接氣壓源接口，正壓和負(fù)壓測(cè)試切換時(shí)需要更換氣源，使用過(guò)程中需要手動(dòng)切換，操作繁瑣。

現(xiàn)有的壓力源通常是正壓、負(fù)壓分開(kāi)的。除此之外，也有少部分正壓、負(fù)壓集成的壓力源裝置。其體積、質(zhì)量都較大，需要手動(dòng)操作減壓閥以得到相應(yīng)的氣源壓力。這些壓力源在進(jìn)行正壓和負(fù)壓的切換時(shí)，需要手動(dòng)切換泵體的進(jìn)氣、排氣接口。有些壓力源雖然能通過(guò)閥門控制自動(dòng)切換，但不能智能、自動(dòng)地輸出任意用戶指定的壓力。而且，這些壓力源通常還缺少儲(chǔ)氣環(huán)節(jié)，提供的氣源壓力輸出波動(dòng)很大，對(duì)于氣體的高壓輸出只能達(dá)到幾兆帕的水平，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制。

針對(duì)壓力參數(shù)測(cè)試、校準(zhǔn)實(shí)際需求，本文設(shè)計(jì)了一種高精度、寬量程的智能氣源控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地提供輸出壓力，可解決氣體壓力參數(shù)測(cè)試和校準(zhǔn)中壓力源體積大、不便攜，以及不能快速、準(zhǔn)確地提供氣源壓力的問(wèn)題。

1 氣源控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的氣源控制系統(tǒng)需要具備寬量程、智能、高精度壓力輸出等特點(diǎn)。供氣壓力范圍為-0.1～+70 MPa，從負(fù)壓到常壓，進(jìn)而再到氣體高壓，壓力覆蓋范圍廣。這對(duì)裝置的壓力發(fā)生技術(shù)提出了很高的要求。

為了滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)氣源的壓力進(jìn)行控制[3]。對(duì)于負(fù)壓段，采用微型真空泵提供負(fù)壓環(huán)境。對(duì)于氣體高壓，常用的氣源為工業(yè)氣瓶或者氣體壓縮機(jī)。但是工業(yè)氣瓶的壓力一般上限為15 MPa、氣體壓縮機(jī)的上限壓力一般為1 MPa，不能滿足寬量程壓力范圍的要求。因此，本文采用氣驅(qū)增壓泵系統(tǒng)來(lái)解決高壓氣源的問(wèn)題[4]。氣源控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 氣源控制系統(tǒng)原理圖

當(dāng)用戶輸出負(fù)壓時(shí)，低壓電磁閥1關(guān)閉，低壓電磁閥2打開(kāi)。通過(guò)微型真空泵抽真空的方式，為裝置提供負(fù)壓氣源。當(dāng)用戶輸出不大于700 kPa的正壓時(shí)，由于裝置的外部氣源提供的壓力為700～800 kPa，則低壓電磁閥2關(guān)閉、低壓電磁閥1打開(kāi)，由外部氣源直接提供氣源壓力。當(dāng)用戶輸出大于700 kPa的壓力時(shí)，通過(guò)氣動(dòng)增壓泵對(duì)外部的氣源壓力進(jìn)行增壓，從而滿足壓力控制的要求。為了降低增壓后的氣源壓力與用戶輸出壓力之間的壓力差，從而更精確地控制輸出壓力，需要準(zhǔn)確地控制增壓后的氣源壓力。根據(jù)用戶設(shè)定的輸出標(biāo)準(zhǔn)壓力值，系統(tǒng)控制快速壓力調(diào)節(jié)器1快速、準(zhǔn)確地提供氣驅(qū)增壓泵所需的驅(qū)動(dòng)壓力。氣動(dòng)增壓泵按照一定的比例將氣源通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入的氣體的壓力放大，并通過(guò)氣動(dòng)增壓泵的壓力輸出口輸出放大后的壓力供壓力控制系統(tǒng)使用。快速壓力調(diào)節(jié)器1輸出壓力與氣動(dòng)增壓泵輸出壓力之間的關(guān)系如式(1)所示。

Ps=K×Pd

(1)

式中：Ps為氣驅(qū)增壓泵的輸出壓力；K為氣驅(qū)增壓泵的壓力放大系數(shù)；Pd為快速壓力調(diào)節(jié)器1的輸出壓力。

因此，氣驅(qū)增壓泵輸出壓力的準(zhǔn)確度主要取決于快速壓力調(diào)節(jié)器1的輸出壓力的準(zhǔn)確度，對(duì)其壓力控制速度要求很高，否則不能滿足氣動(dòng)增壓泵輸出壓力的控制要求。

根據(jù)裝置內(nèi)部壓力元器件的使用要求，氣源包含兩個(gè)輸出部分：負(fù)壓及低壓氣源輸出[5-6]，滿足低壓測(cè)量范圍-100～+700 kPa的使用要求；高壓氣源輸出，滿足70 MPa高壓的使用要求。氣源控制單元組成如圖2所示。

圖 2 氣源控制單元組成圖

當(dāng)用戶要求的目標(biāo)壓力在0～700 kPa時(shí)，低壓電磁閥1打開(kāi)而低壓電磁閥2關(guān)閉，氣源的壓力通過(guò)低壓氣容以及低壓電磁閥1直接輸出；當(dāng)目標(biāo)壓力在-100～0 kPa時(shí)，低壓電磁閥1關(guān)閉而低壓電磁閥2打開(kāi)，通過(guò)微型真空泵來(lái)抽真空，從而輸出負(fù)壓。當(dāng)用戶要求的目標(biāo)壓力大于700 kPa時(shí)，低壓電磁閥1關(guān)閉，氣源的壓力通過(guò)氣驅(qū)增壓泵增壓后輸出。

2 氣源控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 氣源整體組成

高精度氣源控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖 3 高精度氣源控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)示意圖

高精度氣源控制系統(tǒng)包括微型氣壓泵、氣容A、壓力開(kāi)關(guān)A、比例閥、電動(dòng)高壓泵、過(guò)濾器、氣容B、電磁閥C、氣容C、氣動(dòng)閥、壓力開(kāi)關(guān)B、負(fù)壓傳感器、電磁閥A、真空泵、壓力開(kāi)關(guān)C、氣容D、壓力傳感器、電磁閥B、輸出端、電磁閥D、儀器控制單元[7]。圖3中：虛線框內(nèi)的是高精度氣源控制系統(tǒng)的壓力元器件；虛線框外的是裝置的儀器控制單元，可以是內(nèi)置的工控機(jī)、嵌入式電路系統(tǒng)等。

微型氣壓泵、氣容A、壓力開(kāi)關(guān)A、電磁閥D、比例閥共同組成氣動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)源部分，用于給正壓輸出通路的氣動(dòng)閥提供驅(qū)動(dòng)源。電動(dòng)高壓泵、過(guò)濾器、氣容B、電磁閥C、氣容C、氣動(dòng)閥、壓力開(kāi)關(guān)B、氣容D、壓力傳感器、電磁閥B、輸出端共同組成整個(gè)高精度氣源的正壓輸出通路。負(fù)壓傳感器、電磁閥A、真空泵、壓力開(kāi)關(guān)C、氣容D、輸出端共同組成整個(gè)高精度氣源的負(fù)壓輸出通路。

2.2 氣源各部分功能

2.2.1 驅(qū)動(dòng)源

微型氣壓泵的主要功能是向比例閥提供驅(qū)動(dòng)氣源。

氣容A的主要功能是儲(chǔ)能，以減小壓力波動(dòng)和壓力調(diào)節(jié)輸出的分辨率。

壓力開(kāi)關(guān)A的主要功能是通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能，分別控制微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵的上電；通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)控制在某一指定壓力時(shí)的微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。

電磁閥D的主要功能是卸壓、通大氣，即在整個(gè)裝置工作結(jié)束時(shí)釋放氣容A中存儲(chǔ)的氣體壓力，使裝置卸壓并回到通大氣狀態(tài)。

比例閥[8]的主要功能是給氣動(dòng)閥提供合適、精確的驅(qū)動(dòng)壓力，以控制氣動(dòng)閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。

2.2.2 高精度氣源的正壓輸出通路

電動(dòng)高壓泵的主要功能是向整個(gè)氣體壓力源提供氣源，產(chǎn)生氣體正壓壓力。

過(guò)濾器的主要功能是過(guò)濾電動(dòng)高壓泵產(chǎn)生的氣體，從而向整個(gè)裝置提供純凈的氣體，以防止損壞各種精密壓力閥門及傳感器。

氣容B、氣容C、氣容D的主要功能是儲(chǔ)能，以減小壓力波動(dòng)和壓力調(diào)節(jié)輸出的分辨率。

電磁閥C[9]的主要功能是卸壓、通大氣，即在整個(gè)高精度氣源工作結(jié)束時(shí)，釋放氣容B中存儲(chǔ)的氣體壓力，使高精度氣源卸壓并回到通大氣狀態(tài)。

氣動(dòng)閥[10]的主要功能是控制裝置輸出指定的正壓壓力。氣動(dòng)閥是以氣體壓力作為控制信號(hào)來(lái)控制閥的壓力輸出的，即閥的輸出壓力與其驅(qū)動(dòng)氣體壓力之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，因此需要對(duì)氣動(dòng)閥進(jìn)行大量的標(biāo)定試驗(yàn)，從而確定輸出壓力與驅(qū)動(dòng)壓力之間的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)函數(shù)關(guān)系，向氣動(dòng)閥方面以不同的驅(qū)動(dòng)壓力，從而快速、準(zhǔn)確地使輸出壓力達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)壓力。

壓力開(kāi)關(guān)B的主要功能是通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能，分別控制微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵上電；通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)控制在某一指定壓力時(shí)的微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。

壓力傳感器的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采集正壓壓力輸出。本系統(tǒng)采用精度為0.5%FS的高精度壓力傳感器。

電磁閥B的主要功能是在負(fù)壓輸出時(shí)切斷壓力傳感器通路，以免造成壓力傳感器損壞。當(dāng)壓力傳感器采用絕壓或者量程覆蓋預(yù)定負(fù)壓的表壓傳感器時(shí)，電磁閥B能夠省略。

輸出端作為整個(gè)氣源的輸出端，可實(shí)現(xiàn)高精度氣源的正壓輸出。

2.2.3 高精度氣源的負(fù)壓輸出通路

負(fù)壓傳感器的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采集負(fù)壓輸出。本系統(tǒng)采用精度為0.5%FS的負(fù)壓傳感器。

電磁閥A的主要功能是切斷負(fù)壓氣路部分，防止正壓加壓時(shí)對(duì)負(fù)壓傳感器造成影響和損壞。

真空泵的主要功能是抽取氣體，為整個(gè)氣體壓力源提供負(fù)壓輸出源。

壓力開(kāi)關(guān)C的主要功能是通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能，分別控制微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵的上電；通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)，控制在某一指定壓力時(shí)的微型氣壓泵、電動(dòng)高壓泵和真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。

輸出端是整個(gè)氣源的輸出端，用于高精度氣源的負(fù)壓輸出。

2.2.4 儀器控制單元

儀器控制單元的主要功能是通過(guò)控制壓力開(kāi)關(guān)、比例閥、電磁閥等，智能、自動(dòng)地控制儀器輸出指定的正壓、負(fù)壓壓力。

2.3 氣源各部分連接及工作原理

2.3.1 驅(qū)動(dòng)源部分連接及工作原理

在氣動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)源部分，壓力開(kāi)關(guān)A采用電路開(kāi)關(guān)常開(kāi)的壓力開(kāi)關(guān)。其作用是通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能控制微型氣壓泵上電，通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)控制在某一指定壓力時(shí)微型氣壓泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。通過(guò)儀器控制單元預(yù)先設(shè)置好壓力開(kāi)關(guān)A的氣路開(kāi)關(guān)參數(shù)值。此壓力值必須大于氣動(dòng)閥輸出最大壓力時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)電壓，以保證能滿量程地驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥。壓力源裝置開(kāi)啟后，當(dāng)用戶輸入指定值的正表壓壓力時(shí)，儀器控制單元通過(guò)閉合壓力開(kāi)關(guān)A的電路開(kāi)關(guān)控制微型氣壓泵上電。微型氣壓泵啟動(dòng)工作，向氣容A注入一定量的氣體。當(dāng)達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)A的氣路參數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，微型氣壓泵停止工作。儀器控制單元根據(jù)氣動(dòng)閥輸出壓力和所需驅(qū)動(dòng)壓力的關(guān)系，計(jì)算出使氣動(dòng)閥輸出相應(yīng)壓力時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)壓力值。比例閥根據(jù)驅(qū)動(dòng)壓力值開(kāi)始工作，精確地向氣容C注入氣體以達(dá)到需要的驅(qū)動(dòng)壓力，從而驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥工作。在此過(guò)程中，氣容A中壓力下降，在小于壓力開(kāi)關(guān)A的氣路參數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟微型氣壓泵；直至氣容A中氣體達(dá)到指定壓力時(shí)，關(guān)閉微型氣壓泵。預(yù)先對(duì)氣動(dòng)閥的輸出壓力和驅(qū)動(dòng)壓力的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定，能夠準(zhǔn)確地得到氣動(dòng)閥輸出壓力和所需驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系，有利于更準(zhǔn)確地輸出目標(biāo)壓力。

2.3.2 正壓輸出氣路連接及工作原理

在正壓輸出通路中，壓力開(kāi)關(guān)B采用電路開(kāi)關(guān)常開(kāi)的壓力開(kāi)關(guān)。其作用是：通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能分別控制電動(dòng)高壓泵的上電；通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)控制在某一指定壓力時(shí)電動(dòng)高壓泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。通過(guò)儀器控制單元，預(yù)先設(shè)置壓力開(kāi)關(guān)B的氣路開(kāi)關(guān)參數(shù)值。此壓力值必須大于氣動(dòng)閥滿量程輸出的最大壓力，以保證氣動(dòng)閥能滿量程的輸出最大壓力。壓力源裝置開(kāi)啟后，當(dāng)用戶輸入指定值的正表壓壓力時(shí)，儀器控制單元控制壓力開(kāi)關(guān)B的電路開(kāi)關(guān)閉合，使電動(dòng)高壓泵上電。電動(dòng)高壓泵根據(jù)壓力開(kāi)關(guān)B設(shè)置好的氣路參數(shù)開(kāi)啟，向氣容B注入一定量的氣體。系統(tǒng)達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)B的氣路參數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，電動(dòng)高壓泵停止工作。由于電動(dòng)高壓泵中使用潤(rùn)滑油，由其產(chǎn)生的氣體會(huì)摻雜少量的油氣，因此在電動(dòng)高壓泵和氣容B之間設(shè)置過(guò)濾器。過(guò)濾器用于過(guò)濾介質(zhì)中的雜質(zhì)(介質(zhì)中的雜質(zhì)包括油氣及空氣中的雜質(zhì)、顆粒物)，使整個(gè)壓力源裝置能輸出純凈的氣體。過(guò)濾器的設(shè)置可以對(duì)使用本壓力源的接入裝置中的高精度閥門、傳感器起到保護(hù)作用。氣動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)源部分會(huì)根據(jù)需要向氣動(dòng)閥提供準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)壓力，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥開(kāi)始工作，從而向氣容D注入指定壓力的氣體。當(dāng)氣容D內(nèi)氣體達(dá)到目標(biāo)壓力時(shí)，氣動(dòng)閥關(guān)閉，通過(guò)輸出端將壓力輸出給用戶，即向用戶輸出所需的高精度氣體正表壓壓力源。實(shí)際輸出的壓力數(shù)值通過(guò)壓力傳感器讀取。壓力源的輸出精度由壓力傳感器精度決定。因此，本文使用高精度壓力傳感器提高輸出精度。在此過(guò)程中，氣容B中壓力下降。當(dāng)壓力開(kāi)關(guān)B的壓力小于其預(yù)設(shè)值時(shí)，電動(dòng)高壓泵開(kāi)啟；直至氣容B中氣體達(dá)到指定壓力時(shí)，電動(dòng)高壓泵關(guān)閉。電磁閥B采用常閉電磁閥。其作用是開(kāi)啟和關(guān)閉壓力傳感器通路(注：當(dāng)壓力傳感器采用絕壓或者量程可以覆蓋-100 kPa的表壓傳感器時(shí)，電磁閥B可以省略)。當(dāng)需要輸出負(fù)表壓壓力時(shí)，開(kāi)啟電磁閥B，切斷壓力傳感器通路，以防止負(fù)壓對(duì)壓力傳感器造成損壞。電磁閥C采用常開(kāi)電磁閥。其作用是卸壓、通大氣。在整個(gè)壓力源裝置工作結(jié)束時(shí)，電磁閥C閉合，連通大氣通路，以控制系統(tǒng)釋放氣容B中存儲(chǔ)的氣體壓力，使壓力源裝置卸壓，回到通大氣狀態(tài)。

2.3.3 負(fù)壓輸出氣路連接及工作原理

在負(fù)壓輸出通路中，電磁閥A采用常開(kāi)電磁閥。其作用是開(kāi)啟或切斷負(fù)壓輸出通路。當(dāng)用戶需輸出負(fù)表壓壓力時(shí)，儀器控制單元控制電磁閥A閉合，連通負(fù)壓輸出通路；否則，電磁閥A斷開(kāi)。壓力開(kāi)關(guān)C采用電路開(kāi)關(guān)常開(kāi)的壓力開(kāi)關(guān)。其作用是：通過(guò)其電路開(kāi)關(guān)量控制功能分別控制真空泵的上電；通過(guò)其氣路開(kāi)關(guān)控制在某一指定壓力時(shí)真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)用戶輸入的負(fù)表壓壓力時(shí)，儀器控制單元通過(guò)給壓力開(kāi)關(guān)C設(shè)置略高于用戶需求的氣路開(kāi)關(guān)參數(shù)值，控制真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。真空泵抽取氣容D內(nèi)的氣體，使其達(dá)到指定的負(fù)壓狀態(tài)，并通過(guò)輸出端輸出給用戶。實(shí)際輸出的負(fù)表壓壓力數(shù)值通過(guò)負(fù)壓傳感器讀取。負(fù)壓狀態(tài)時(shí)，電磁閥A是閉合狀態(tài)，而負(fù)壓通路連通。

3 氣源控制系統(tǒng)工作方法和步驟

氣源控制系統(tǒng)工作步驟如下。

①打開(kāi)高精度氣源(簡(jiǎn)稱裝置)電源，使裝置上電開(kāi)機(jī)。

②設(shè)置用戶需要輸出的氣源壓力。

③啟動(dòng)裝置。

④當(dāng)目標(biāo)壓力為正表壓時(shí)，儀器控制單元首先通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)A控制微型氣壓泵上電并啟動(dòng)，向氣容A注入一定量的氣體；再通過(guò)比例閥控制向氣容C注入相應(yīng)量值的氣體，得到氣動(dòng)閥需要的驅(qū)動(dòng)壓力，以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥工作。在達(dá)到氣動(dòng)閥工作要求的驅(qū)動(dòng)壓力后，壓力開(kāi)關(guān)B控制電動(dòng)高壓泵上電并啟動(dòng)，通過(guò)過(guò)濾器向氣容B注入一定量的氣體，使氣動(dòng)閥工作，向氣容D注入用戶目標(biāo)值指定的相應(yīng)壓力的氣體。當(dāng)氣容D內(nèi)氣體達(dá)到目標(biāo)壓力時(shí)，氣動(dòng)閥關(guān)閉，通過(guò)輸出端將壓力輸出給用戶；實(shí)際輸出的數(shù)值通過(guò)壓力傳感器讀取。

⑤當(dāng)目標(biāo)壓力為負(fù)表壓時(shí)，儀器控制單元通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)C控制真空泵上電，使電磁閥A閉合，連通負(fù)壓輸出通路。根據(jù)用戶需要，儀器控制單元通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)C控制真空泵的開(kāi)啟，抽取氣容D內(nèi)的氣體，使其達(dá)到指定的負(fù)壓狀態(tài)。系統(tǒng)的負(fù)壓通過(guò)輸出端輸出給用戶，實(shí)際輸出的壓力值通過(guò)負(fù)表壓傳感器讀取。

⑥停止運(yùn)行裝置。

⑦各參數(shù)復(fù)位。參數(shù)復(fù)位包括電磁閥、壓力開(kāi)關(guān)回到初始開(kāi)機(jī)狀態(tài)。

⑧參數(shù)復(fù)位閉裝置電源。

4 氣源控制系統(tǒng)性能試驗(yàn)

4.1 氣源控制系統(tǒng)負(fù)壓性能試驗(yàn)

氣源負(fù)壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知：最大示值誤差為0.43 kPa；準(zhǔn)確度為0.4%FS。

表1 負(fù)壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

負(fù)壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知：控制穩(wěn)定性最大值為0.325 kPa；負(fù)壓氣源控制穩(wěn)定性為0.3%FS。

表2 負(fù)壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

4.2 氣源控制系統(tǒng)常壓性能試驗(yàn)

氣源常壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知：最大示值誤差為3.36 kPa；準(zhǔn)確度為0.5%FS。

表3 常壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

常壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知：控制穩(wěn)定性最大值為2.71 kPa；常壓氣源控制穩(wěn)定性為0.4%FS。

表4 常壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

4.3 氣源控制系統(tǒng)高壓性能試驗(yàn)

氣源高壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可知：最大示值誤差為0.336 MPa；準(zhǔn)確度為0.5%FS。

表5 高壓準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

高壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可知：控制穩(wěn)定性最大值為0.295 MPa；高壓氣源控制穩(wěn)定性為0.4%FS。

表6 高壓穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的寬量程智能氣源控制系統(tǒng)，可以滿足-0.1～+70 MPa的寬量程氣源供氣需求。其中：負(fù)壓氣源輸出準(zhǔn)確度為0.4%FS，控制穩(wěn)定性為0.3%FS；低壓氣源輸出準(zhǔn)確度為0.5%FS，控制穩(wěn)定性為0.4%FS；高壓氣源輸出準(zhǔn)確度為0.5%FS，控制穩(wěn)定性為0.4%FS。該系統(tǒng)具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，其寬量程設(shè)計(jì)將負(fù)壓、低壓和高壓氣源集于一體，不但能夠?qū)崿F(xiàn)正壓、負(fù)壓的自動(dòng)切換，還能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的壓力輸出。該系統(tǒng)的研究有效地解決了氣體參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)壓力校準(zhǔn)中氣體寬量程氣源供給問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了氣源量程的自動(dòng)切換，提高了校準(zhǔn)效率。