本实用新型属于压力计量校准领域，具体涉及一种校准高静压差压器件的装置及方法。
背景技术：
常见的差压器件包括差压传感器、差压压力变送器(pressure transmitter)、差压压力表和差压控制器等，当该差压器件的输入端输入一定压力差时，该差压装置可以输出或显示一个与所输入的压力差成一定函数关系的信号。
差压器件在出厂前或者使用一段时间后，需要校准其精度；而且，差压器件在不同静压下通常表现出不同的性能，并且差别十分显著，现有的差压器件的校准通常只能在静压为大气压的条件下进行校准，而高静压差压校准装置及方法目前并不普及，也是该领域的一个难题。
双活塞式高静压差压活塞目前应用较好，并可以达到很高的准确度的一种方法，但由于双活塞式高静压压差活塞操作过程比较复杂，使其应用受到一定限制。
申请公布号为CN104655364A的专利文献提供一种分压方式高静压差压发生装置，该装置包括压力控制系统、分压系统和标准活塞系统，分压系统采用同轴三活塞的分压方式，通过外接压力控制系统加压，该压力通过分压系统施加到被校差压仪表高低压两端，当达到设定静压时，在标准活塞上施加相应的差压砝码，并调整标准活塞处于工作位置，实现不同静压条件下各差压点的校准。该发明装置利用外接压力控制系统为系统提供所需高静压，利用标准活塞为系统提供高准确度差压，但还存在以下不足：该发明装置利用具有台阶的活塞来提供差压，这种活塞由于需要极高的加工精度，实际上难以实现，在产业上难以普及；该装置需要手动调整标准活塞上的差压砝码来改变差压，因此，操作复杂不便，其精度受人为主观因素影响。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种操作简便、差压控制精度高且易于在产业上应用的校准高静压差压器件的装置。
本实用新型的上述目的是由以下技术方案来实现的：
一种校准高静压差压器件的装置，用于对外接待校准的差压器件(5)进行高静压条件下的校准，包括第一压力控制器(1)、第二压力控制器(2)、压力通断阀(4)和主控单元(3)，第一压力控制器(1)分别与压力通断阀(4)和所述差压器件(5)的一侧压力接口气路连通，第二压力控制器(2)分别与压力通断阀(4)和所述差压器件(5)的另一侧压力接口气路连通；差压器件(5)、压力通断阀(4)的控制端、第一压力控制器(1)和第二压力控制器(2)分别电连接到主控单元(3)。
所述主控单元(3)包括主控电路板(31)以及与主控电路板(31)电连接的采样电路(32)和人机交互单元(33)，所述差压器件(5)电连接到采样电路(32)；压力通断阀(4)的控制端电连接至主控电路板(31)。
第一压力控制器(1)包括气路连通的第一控压单元(11)和第一压力传感器(12)，第二压力控制器(2)包括气路连通的第二控压单元(21)和第二压力传感器(22)，压力通断阀(4)设有第一压力接口(42)、第二压力接口(43)和控制端(41)，第一压力接口(42)与第一控压单元(11)气路连通，第二压力接口(43)与第二控压单元(21)气路连通；第一压力传感器(12)和第二压力传感器(22)分别电连接到主控单元(3)。
所述的校准高静压差压器件的装置还包括一独立的压力源(6)，所述压力源分别与第一控压单元(11)和第二控压单元(21)气路连通。
所述的校准高静压差压器件的装置还包括一增压器(7)，所述压力源(6)通过增压器(7)分别与第一控压单元(11)和第二控压单元(21)气路连接。
所述差压器件(5)为差压传感器、差压流量计、差压压力表、差压变送器或差压压力开关。
所述采样电路(32)为A/D采样电路或开关采样电路。
所述主控单元(3)集成到所述第一压力控制器(1)或第二压力控制器(2)中。
本实用新型提供另一种校准高静压差压器件的装置，用于对外接待校准的差压器件(5)进行高静压条件下的校准，包括双通道压力控制器(8)和压力通断阀(4)，双通道压力控制器(8)中集成有第一压力控制器(1)、第二压力控制器(2)和主控单元(3)，第一压力控制器(1)和第二压力控制器(2)作为双通道压力控制器(8)的两个独立的控压单元通道，第一压力控制器(1)分别与压力通断阀(4)和所述差压器件(5)的一侧压力接口气路连通，第二压力控制器(2)分别与压力通断阀(4)和所述差压器件(5)的另一侧压力接口气路连通；差压器件(5)、压力通断阀(4)的控制端、第一压力控制器(1)和第二压力控制器(2)分别电连接到主控单元(3)。
这里，第一压力控制器(1)包括气路连通的控压单元通道一(81)和通道一压力传感器(82)，第二压力控制器(2)包括气路连通的控压单元通道二(83)和通道二压力传感器(84)。
采用上述技术方案，本实用新型装置通过主控单元控制第一压力控制器、第二压力控制器和压力通断阀实现对高静压差压器件的自动校准，通过压力通断阀的连通/断开状态控制消除由于测量器件的固有测量精度导致的输出压力大小不同的问题，进一步提高了校准精度，并避免了降压过程中由于高静压差压器件两端压力差过大导致高静压差压器件损坏；本实用新型方法采用主控单元控制两个压力控制器自动提供差压，其操作简易，使用方便。
附图说明
图1是本实用新型的校准高静压差压器件的装置的原理示意图；
图2是本实用新型的校准高静压差压器件的装置的实施例一的结构示意图；
图3是本实用新型的校准高静压差压器件的装置的实施例二的结构示意图；
图4是本实用新型的校准高静压差压器件的装置的实施例三的结构示意图；
图中附图标记表示为：
1：第一压力控制器，11：第一控压单元，12：第一压力传感器；
2：第二压力控制器，21：第二控压单元，22：第二压力传感器；
3：主控单元，31：主控电路板，32：采样电路，33：人机交互单元；
4：压力通断阀，41：控制端，42：第一压力接口，43：第二压力接口；
5：差压器件，51：第三压力接口，52：第四压力接口；
6：压力源；7：增压器；
8：双通道压力控制器，81：控压单元通道一，82：通道一压力传感器，83：控压单元通道2，84：通道二压力传感器。
具体实施方式
现有的差压器件的校准通常只能在静压为大气压的条件下进行校准，而高静压差压校准装置及方法目前并不普及，双活塞式或三活塞分压式高静压差压活塞目前应用较好，并可以达到很高的准确度的一种方法，但由于活塞式高静压压差活塞操作过程比较复杂，使其应用受到一定限制。本实用新型提供一种采用主控单元控制第一压力控制器、第二压力控制器和压力通断阀实现对高静压差压器件的自动校准，通过压力通断阀的连通/断开状态控制消除由于测量器件的固有测量精度导致的输出压力大小不同的问题，进一步提高了校准精度，并避免了降压过程中由于高静压差压器件两端压力差过大导致高静压差压器件损坏。
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的校准高静压差压器件的装置及方法进行详细说明。
校准高静压差压器件的装置
图1和图2是本实用新型装置的原理示意和结构示例(粗线表示物理管路连接，细线表示电连接)。如图1和图2所示，本实用新型的校准高静压差压器件的装置包括第一压力控制器1、第二压力控制器2、压力通断阀4以及主控单元3，第一压力控制器1分别与压力通断阀4和外接待校准的差压器件5的一侧压力接口气路连通，第二压力控制器2分别与压力通断阀4和外接的差压器件5的另一侧压力接口气路连通；差压器件5、压力通断阀4的控制端、第一压力控制器1和第二压力控制器2分别电连接到主控单元3。
在图2所示的实施例一中，第一压力控制器1包括气路连通的第一控压单元11和第一压力传感器12，第二压力控制器2包括气路连通的第二控压单元21和第二压力传感器22，压力通断阀4设有第一压力接口42、第二压力接口43和控制端41，第一压力接口42与第一控压单元11气路连通，第二压力接口43与第二控压单元21气路连通；主控单元3包括主控电路板31以及与主控电路板31电连接的采样电路32和人机交互单元33，差压器件5电连接到采样电路32；压力通断阀4的控制端电连接至主控电路板31，差压器件5设有第三压力接口51和第四压力接口52，差压器件5作为待校准的器件，其第三压力接口51与压力通断阀4的第一压力接口42和第一控压单元11气路连通，第四压力接口52与压力通断阀4的第二压力接口43和第二控压单元21气路连通。
在图2所示的实施例一中，还包括一独立的压力源6，该压力源6可以直接与第一控压单元11和第二控压单元21气路连通(图中未显示)，也可以如图2所示与一增压器7气路连通，增压器7再与第一控压单元11和第二控压单元21气路连通，这样设置的好处是，小量程的压力源6可通过增压器7的作用可用于大量程的压力器件5的校准，扩大了压力源6的使用范围，进一步减小了装置的体积，减少了成本。具体地，压力源6可以为气泵或氮气瓶，其可以提供大于6MPa的压力输出，增压器7能够提供大于25MPa的压力源输出。
第一控压单元11和第二控压单元21为差压器件5提供压力输入，该差压器件5根据其接收的压力输入输出或显示与输入的压力差成一定函数关系的信号。为了便于外接或拆除差压器件5，差压器件5的第三压力接口51和第四压力接口52与管路连接采用可拆卸的插装连接。
压力通断阀4具有连通和断开两个状态，与其控制端41电连接的主控单元3控制两个状态的切换。当压力通断阀4处于连通状态时，第一控压单元11和第二控压单元21气路连通，从而差压器件5的两压力接口端处的压力相同，可以消除由于第一压力控制器1和第二压力控制器2内部的第一压力传感器12和第二压力传感器22的测量精度而导致的输出压力不相同的问题，并且高静压差压装置不易被损坏。具体地，压力通断阀4可以为电磁阀、气动阀或其他能够实现连通/断开功能的阀。
第一控压单元11和第二控压单元21可以是现有的控压机构，第一控压单元11的压力输出接口位置处连通第一压力传感器12，该压力传感器12能够实时测量第一控压单元11的输出压力(即差压器件5的第三压力接口51端的压力大小)，并将所测量的压力值传送到主控单元3，同样，第二控压单元21的压力输出接口位置处连通第二压力传感器22，该压力传感器22能够实时测量第二控压单元21的输出压力(即差压器件5的第四压力接口52端的压力大小)，并将所测量的压力值传送到主控单元3。第一压力传感器12和第二压力传感器22分别电连接至第一控压单元11和第二控压单元21，并且第一压力传感器12和第二压力传感器22分别与第一控压单元11和第二控压单元21气路连接。
在图2所示的实施例一中，第一压力控制器1和第二压力控制器2结构和功能相同，都能在主控单元3的控制下在压力输出模式和压力测量模式两个工作模式之间切换。当第一压力控制器1和/或第二压力控制器2处于压力输出模式时，其能够输出一设定压力，该设定压力的具体值是由主控单元3的人机交互单元33设定。所述第一控压单元11和/或第二控压单元21接收来自主控单元3的设定压力值并根据第一压力传感器12和/或第二压力传感器22测量的压力值实时调节第一控压单元11和/或第二控压单元21的输出压力的大小，直到其输出的压力值等于设定压力为止；当第一压力控制器1和/或第二压力控制器2处于压力测量模式时，第一控压单元11和/或第二控压单元21分别测量其输出接口处的压力，在压力测量模式下，所述第一控压单元11和/或第二控压单元21对输出的压力不进行调节。
可选择地，差压器件5可以为一差压传感器，其气路连接方式如图2所示，该差压传感器电连接到主控单元3的采样电路32，该采样电路为A/D采样电路，由主控单元3测量该差压变送器的电信号输出值。
可选择地，差压器件5可以为一差压流量计，其气路连接方式如图2所示，该差压流量计电连接到主控单元3的采样电路32，该采样电路为A/D采样电路，由主控单元3测量差压流量计的电信号输出值。
可选择地，差压器件5可以为一差压压力开关，其气路连接方式如图2所示，该差压压力开关电连接到主控单元3的采样电路32，该采样电路为开关采样电路，由主控单元3判断差压压力开关的开关接点的导通和断开状态。
可选择地，差压器件5可以为一差压压力表，其气路连接方式如图2所示，由人工读取差压压力表的输出值。
图2所示的实施例一只是本实用新型装置的一种实现形式，本实用新型装置并不限于此，可以基于本实用新型构思对本实用新型的实施进行改进或变形，也可以实现本实用新型的目的，例如，本实用新型装置可以没有主控单元3，将第一压力控制器1或第二压力控制器2作为主控制器，此时作为主控制器的第一压力控制器1或第二压力控制器2具有独立的压力控制通道，同时还能控制压力通断阀4以及采集差压器件5的输出值；同样，也可以去除独立的压力源6和增压器7，将具有压力源6同样功能的部件集成到第一压力控制器1和第二压力控制器2内；甚至可以将第一压力控制器1和第二压力控制器2作为两个不同的压力通道集成到同一个主控制器中。
本实用新型的装置相对于现有技术的有益效果：结构简单易于组装和制备、提供的压差和静压精度较高，高效地提供差压，校准过程全自动无需人员参与。
请参照图3，图3示出了本实用新型校准高静压差压器件的装置的实施例二的结构框图。图3示出的实施例中的校准高静压差压器件的装置与图2中示出的校准高静压差压器件的装置的结构相似，其区别在于，采样电路32、主控电路板31和人机交互单元33集成在所述第一压力控制器1的内部，采样电路32、主控电路板31和人机交互单元33组成的主控单元3分别与压力通断阀4、差压器件5和第二压力控制器2电连接。可以理解地，主控单元3也可以与所述第二压力控制器2集成在一起，这样可以增加系统的集成度。
请参阅图4，图4示出了本实用新型校准高静压差压器件的装置的实施例三结构框图。图4示出的实施例中的校准高静压差压器件的装置与图2中示出的校准高静压差压器件的装置的结构相似，其区别在于，与图2所示的实施例一的第一压力控制器1、第二压力控制器2和主控单元3功能相同的部件都集成在一起，形成一个总的压力控制器，即双通道压力控制器8，其中，第一压力控制器1和第二压力控制器2作为了双通道力控制器8中的两个独立的控压单元通道，即第一压力控制器1作为第一通道，由图4中的控压单元通道一81和通道一压力传感器82组成，第二压力控制器2作为第二通道，由图4中的控压单元通道二83和通道二压力传感器84组成；该双通道压力控制器8与压力器件5的气路连接关系和电路连接关系与实施例一相同。该实施例也可以进一步增加系统的集成度。
校准高静压差压器件的方法
本实用新型的上述实施例可以有各种不同实施方式，从功能原理上都满足图1所示的工作原理。本实用新型提供一种校准高静压差压装置的方法，该方法采用上述校准高静压差压器件的装置进行差压器件的校准，包括以下步骤：
步骤一：将压力通断阀4切换至连通状态以将第一压力控制器1和第二压力控制器2连通，将第一压力控制器1切换至压力输出模式并控制其输出一设定压力P0，将第二压力控制器2切换至测量模式，使其测量第一压力控制器1输出的压力值，并记录为P0ˊ；
步骤二：将压力通断阀4切换至断开状态，并将第二压力控制器2切换至压力输出模式，控制第一压力控制器1使其输出压力P0，并控制第二压力控制器2使其压力输出为P0ˊ，记录此时被校准高静压差压器件5的仪表显示值；
步骤三：将第一压力控制器1的压力输出依次调整至P0+ΔX1，P0+ΔX2，...，P0+ΔX(n-1)，P0+ΔXn，P0+ΔX(n-1)，…，P0+ΔX2，P0+ΔX1，P0，在此过程中，第二压力控制器2的压力输出始终控制在P0ˊ处，记录被校准高静压差压器件5在各个压力点处的仪表显示值；这里，ΔX表示压力差，n为自然数，且ΔXn>ΔX(n-1)；
步骤四：将第一压力控制器1和第二压力控制器2均切换至压力测量状态，再将压力通断阀4切换至连通状态，控制第一压力控制器1和第二压力控制器2输出的压力降低至大气压；
步骤五：返回步骤一并改变步骤一中的设定压力值P0(例如，可取值0MPa，1MPa，2MPa，3MPa，4MPa，5MPa或6MPa等)，完成不同静压下差压器件5的校准。
在步骤一中，当控制第一压力控制器1输出的压力为P0时(P0可以通过主控单元3设定，并且由于第一压力控制器1内部的第一压力传感器12的测量存在一定误差，第一压力控制器1实际输出压力可能为P0〞)，由于第二压力控制器2的第二压力传感器22的测量也会存在一定误差，因此，第二压力控制器2测量得到的压力可能为P0ˊ。由于第一压力传感器1和第二压力传感器2都有一定的测量精度，因此，其测量得到压力与实际压力可能存在一定误差，该误差在其精度允许范围内。压力通断阀4将第一压力控制器1和第二压力控制器2管路连通，对于第二压力控制器2来说，其测量得到的压力P0ˊ对应的实际压力也为P0〞。因此，在步骤二中，当第二压力控制器2处于压力输出模式下时，第二压力传感器22测量得到输出压力P0ˊ时，其实际输出压力也为P0〞。通过步骤一，可以消除在步骤二中第一压力控制器1和第二压力控制器2由于其内部压力传感器的测量精度导致的输出压力不相同的问题，使得在步骤二中第一压力控制器1和第二压力控制器2实际输出的压力相同。
优先地，第一压力控制器1和/或第二压力控制器2采用高精度压力控制器。
在步骤二中，将压力通断阀4切换至断开状态，第一压力控制器1和第二压力控制器2之间的管路连接断开，第一压力控制器1和第二压力控制器2分别独立地输出压力。在步骤二中，虽然第一压力控制器1输出压力P0，第二压力控制器2压力输出为P0ˊ，但是第一压力控制器1和第二压力控制器2的实际输出压力均为P0〞，此时输出至高静压差压器件5的两端的压力差为0，记录此时的高静压差压器件的显示值。
在将第一压力控制器1和第二压力控制器2升高至P0的过程中始终保持压力通断阀4打开，这样在升压的过程中高静压差压器件5两端的压力差为零，从而使得高静压差压器件不易被损坏，因此，可以将P0设定为一较高的压力值，从而在步骤三中实现在高静压P0下校准高静压差压器件。
在步骤三中，高静压差压器件5检测到的实际压力差例如可依次为ΔX1、ΔX2、ΔX3、ΔX4、ΔX3、ΔX2、ΔX1以及0，通过该步骤可以对高静压差压器件5的量程范围内的四个点进行校准。其中，ΔX1、ΔX2、ΔX3、ΔX4的值可以通过主控单元3中的人机交互单元33设定。当所述第一压力控制器为高精度压力控制器时，其可以比较精确地控制所述第一压力控制器输出压力的变化。
上述ΔX1、ΔX2、ΔX3、ΔX4的压力值应当较小，优选地，不超过高静压差压器件允许的最大差压压力，以保护高静压差压器件5不被损坏，从而实现了高静压P0下校准高静压差压器件。
在步骤四中，将第一压力控制器1和第二压力控制器2均切换至压力测量模式，此时，第一压力控制器1和第二压力控制器2内部的压力均维持在P0，再将压力通断阀4切换至连通状态，控制第一压力控制器1和第二压力控制器2输出的压力降低至大气压。这样避免了在降压过程中，高静压差压装置两端的压力输入差别过大，导致高静压差压装置损坏。
测试例
下面以图2所示的实施例一为例进行测试。
图2所示的实施例一中，差压器件5为差压变送器，其额定的差压范围为0至10kPa，可承受的静压最高为7000kPa，输出信号的范围为4至20mA。第一压力控制器1为智能压力控制器，其压力输出范围0至7000kPa，压力稳定度0.003％FS。第一压力传感器12，量程为7000kPa，精度0.005％rd+0.005％FS；第二压力控制器2为智能压力控制器，其压力输出范围0～7000kPa，压力稳定度0.003％FS；第二压力传感器22,量程为7000kPa，精度0.005％rd+0.005％FS。所述压力源6范围为6500至7000kPa。主控单元3用于协调第一压力控制器1、第二压力控制器2并控制压力通断阀4动作以及测量差压变送器输出。
表1 测试例一的测试结果
P0ˊ为第二压力控制器2在步骤一中测得的第一压力控制器1的压力输出值。
表2 测试例二的测试结果
P0ˊ为第二压力控制器2在步骤一中测得的第一压力控制器1的压力输出值。
表3 测试例三的测试结果
P0ˊ为第二压力控制器2在步骤一中测得的第一压力控制器1的压力输出值。
根据以上静压分别为1000kPa、4000kPa、6000kPa测得的三组差压数据，从上述三个测试例的测试结果可以得出结论：高静压影响差压器件5的差压测量精度，差压器件5的校准和测试应该加入高静压影响项目，作为常规考核和校准项目。
本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。