基于PLC的氣密性檢測儀校準裝置的研究

羅健明，李杰，楊信立

(佛山市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測中心，廣東佛山528200)

0 引言

在科技日新月異的今天，工業(yè)生產(chǎn)生活中，人們對密封產(chǎn)品質(zhì)量性能的要求越來越高。氣密性作為密封產(chǎn)品的主要質(zhì)量性能參數(shù)，越來越受到密封產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的重視。氣密性檢測廣泛應用于汽車、家電、包裝、壓鑄、煤氣、建筑、電子、航空等領域。在使用過程中如果發(fā)生超過了允許范圍的泄漏，不僅會影響產(chǎn)品的性能，還可能會導致爆炸、火災、有害氣體溢出等嚴重后果。因此，確保氣密性檢測儀的測量數(shù)值的準確至關重要。

1 現(xiàn)狀分析

氣密性檢測儀的發(fā)展大體經(jīng)歷了2個階段:傳統(tǒng)的泄漏檢測方法通常有水檢法、肥皂液涂抹法，主要是水檢法;直到90年代，使用氣體作為介質(zhì)的泄漏檢測方法才逐漸發(fā)展成熟，而基于壓差原理的泄漏檢測方法更加廣泛應用。本文主要針對壓差原理的氣密性檢測儀的校準作研究。

現(xiàn)今校準氣密性檢測儀的方法主要有3種。①使用標準漏孔作為氣密性檢測儀的校準標準。其中以ATEQ公司的D和F系列的標準流量頭為代表，其流量頭的允許誤差為示值的5%，準確度較高，使用較方便。但使用漏孔條件比較苛刻，漏孔使用時必須使用干燥、干凈的氣源，不能在有水的時候使用而且用完必須放在專用的盒子里，即使空氣中的塵埃也會對漏孔造成一定的影響，導致漏孔需定期校準，且漏孔價格昂貴，校準時僅給出漏孔對應壓力下的幾個漏率，若要實現(xiàn)儀器的全量程校準，則成本很高。②佛羅里西公司生產(chǎn)的LK20泄漏標定儀。該儀器連接方便，并且有特制的調(diào)節(jié)裝置，能調(diào)節(jié)漏孔大小實現(xiàn)泄漏流量的在一定測量范圍的校準，但價格昂貴，并只局限于流量型氣密性檢測儀的校準，無法對其他類型的儀器實現(xiàn)校準。③美國德魯克公司的DPI800系列壓力傳感器和壓力控制器均帶壓降校準功能，其工作原理為:將壓力傳感器直接接在氣密性檢漏儀的測試口，按照氣密性檢漏儀的測試時間設定校準的時間，當氣密性檢測儀運行到檢測階段時，按“開始”鍵直到儀器運行結束，結束后壓力傳感器直接計算測試時間下的壓降，此時可與氣密性檢測儀的泄漏壓差作比對。但此種方法校準的標準量是壓力壓降，其校準準確度與標準器一致，隨著量程的增大，標準器引入的誤差也增大，并且按鍵計時需人手操作，有一定的誤差。

為了減少校準成本，減少人為因素造成的誤差，減少不確定度，提高校準裝置的準確度，本文結合PLC、觸摸屏、高精度差壓傳感器和高精度壓力傳感器研究設計氣密性檢測儀校準裝置。

2 硬件與軟件設計

本裝置主要的硬件包括:液晶觸摸屏、三菱F2N系列PLC、三菱的AD轉(zhuǎn)換模塊、0.05級(量程為0～1000 Pa)的差壓傳感器、0.05級(量程為0～2 MPa)的壓力傳感器、微壓調(diào)節(jié)裝置和電磁閥。系統(tǒng)整體結構框架圖如圖1所示。由于氣密性檢測儀檢測過程經(jīng)過充氣、平衡、檢測和放氣4個階段，針對以上過程設計校準裝置如圖2所示，校準過程如下:

圖1 系統(tǒng)整體結構框架圖

圖2 校準裝置設計原理圖

1)按照被檢的氣密性檢測儀設置的4個階段的時間寫入校準裝置的設置中，然后將被檢氣密性檢測儀檢測口通過與校準裝置的快速接口連接，為了減少人為誤差因素和不確定度，本裝置軟件設計以PLC實現(xiàn)時間的控制，并且通過對PLC編程，實現(xiàn)當充氣壓力大于某設定值(設定值可輸入)時，校準裝置自動觸發(fā)啟動，即氣密性檢測儀啟動檢測的同時，校準裝置也同時啟動，實現(xiàn)時間同步性，減少人為操控時的誤差，從而保證被檢儀器和校準裝置同時進入每個階段。

2)在充氣階段，此時電磁閥是聯(lián)通狀態(tài)，使得各個傳感器同時進入充氣狀態(tài)，實現(xiàn)溫度和壓力的逐漸平衡，此時被檢儀器和校準裝置的差壓傳感器兩端與校準裝置的壓差為0 Pa。

3)進入平衡階段，主要校準氣密性檢測儀的充氣壓力，通過壓力傳感器在觸摸屏上的數(shù)值顯示與被檢儀器充氣顯示壓力的比較，實現(xiàn)充氣壓力的校準，此時PLC將控制電磁閥關閉。

4)當進入檢測階段時，被檢氣密性檢測儀壓差傳感器置零，同時校準裝置中的高精度壓差傳感器也被PLC控制置零，由于電磁閥已經(jīng)關閉，差壓傳感器的高壓端直接與被檢的氣密性檢測儀內(nèi)的差壓傳感器高壓端直接相接，此時通過裝置中的微壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)壓力，便能實現(xiàn)差壓壓力的校準。

5)將校準的數(shù)據(jù)輸入設計的軟件中，實現(xiàn)記錄和數(shù)據(jù)的存儲，并進行誤差計算。

3 校準裝置分析

本文研究設計的校準裝置和原方法比對，如表1所示，通過對整個校準裝置進行分析、運行試驗和目標測試，以及測量重復性、穩(wěn)定性和不確定度評定分析，得出其重復性和穩(wěn)定性都符合JJF 1033-2008《計量標準考核規(guī)范》要求，并且整個校準裝置的測量結果不確定度也有所減小。

表1 本設計裝置校準方法與原校準方面對比

4 結束語

通過比對數(shù)據(jù)分析，研究各種因素對測量數(shù)據(jù)的影響，分析產(chǎn)生測量誤差的因素，校準裝置實現(xiàn)壓力和差壓的同時校準，建立氣密性檢測裝置校準的測量結果不確定度評定的數(shù)學模型，分析的結果在實際校準使用中取得了滿意效果，為進一步的研究奠定了堅實的基礎。

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