一种检测压力开关切换值的装置及方法

一种检测压力开关切换值的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种检测压力开关切换值的装置及方法，该方法在每次检测中，以满足本次压力开关状态切换时的升压速率或降压速率与上次压力开关状态切换时的升压速率或降压速率不同的方式获取压力开关状态切换时的上切换值检测值或下切换值检测值及对应的压力变化率，并将最近两次或两次以上获取到的切换值检测值采用拟合估计方法获取切换值估计值，直到最近两次或两次以上获取到的切换值估计值中的最大值与最小值之差值小于规定量δ时，将最近一次获取的所述切换值估计值作为所述压力开关的切换值。本发明的装置使用方便，工作可靠；该方法采用本发明的装置来执行，能够提高检测结果的准确性，保证重复性，降低测量误差，节省检测时间。
【专利说明】
一种检测压力开关切换值的装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于压力检测领域，具体涉及一种检测压力开关切换值的装置及方法。
【背景技术】
[0002]压力开关是一种常用的压力控制元件，当输入压力达到（上升或下降到）预定值 时，开关的通断状态发生切换，以发出警报或控制信号。压力开关发生切换时的压力值称为 压力开关切换值，包括上切换值和下切换值。用压力开关控制压力发生装置的启停或增压、 减压阀的开闭，可将压力系统的压力值控制在一定范围之内。在工业领域的压力控制过程 中，压力开关切换值的检测精度直接影响压力控制精度，因此在使用前需要对压力开关进 行校验，检测压力开关切换值。
[0003]常见的压力开关有机械式、电子式两大类。电子式压力开关的感压兀件将压力转 换为电信号，经过信号调理电路、A/D转换后变为数字量，再经处理器运算后得到压力值，同 时处理器将压力值与用户设定值相比较来驱动开关元件（如机械式继电器、电子开关元件 等)接通或断开;机械式压力开关的感压元件(膜片、波纹管、活塞等)将压力转换为形变，经 机械机构比较后推动开关元件的通断状态。通常压力开关都具有管路输入接口端和开关量 输出接口端，其中管路输入接口端可以接液压管路或气压管路，与外界压力管路形成通路， 开关量输出接口端输出压力开关触点动作的开关量(含通断输出型、电平输出型、逻辑量输 出型等），用于接入工业控制系统中的控制单元用于压力控制。
[0004] 现有的压力开关检测系统(例如图3所示)将压力源100、标准压力计101和压力开 关103通过等压管路102连接形成通路，开关状态获取单元104连接到压力开关103上，测量 压力开关103触点的通断。

【发明内容】

[0005] 图3所示的现有压力开关检测系统中，压力源100在给压力开关103缓慢升压和减 压，该过程通常采用人工听声音并读数的方法来测量，还有用万用表测量开关的通断来判 断开关的变化，在操作过程中需要操作人员判断开关变化的同时还要准确并及时读取数 据，这个过程中不可避免会有时间上的延迟，造成读取的数值与真实值存在较大误差，也很 容易出现误读、误判的现象；因人工读取、操作时升压或减压的速率不一致而导致每次检测 结果不一致，重复性差。
[0006] 现有的规程所提到的压力开关切换值检测方法中，没有对切换值检出时的压力变 化率作定量要求，仅用"缓慢"描述，很难保证检测结果的一致性和准确性;并且现有方法 中，一般需要指定切换值的大体范围。
[0007] 本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种准确度高、重复性好、使用方便的检 测压力开关切换值的方法。
[0008] 本发明的上述目的是由以下技术方案来实现的：
[0009] 一种用检测装置检测压力开关切换值的方法，其中，所述检测装置包括压力发生 器、压力传感器和压力管路，通过压力管路将压力发生器、压力传感器和所述压力开关连 通，通过压力发生器来调整所述压力管路内的压力大小，而使所述压力开关的通断状态发 生切换，所述检测装置采用所述检测压力开关切换值的方法来检测所述压力开关的切换 值，所述检测压力开关切换值的方法包括以下步骤：
[0010]初始值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切 换值初始值Ro以及对应的升压速率作为升压速率初始值V1Q，或降压过程中压力开关状态切 换时的压力值作为下切换值初始值Fo以及对应的降压速率作为降压速率初始值 V2〇;
[0011]检测值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切 换值检测值R1以及对应的升压速率VU，或在降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值 检测值Fi以及对应的降压速率 V2i，其中，i = l，2,3...;
[0012] 估计值获取步骤，将最近两次或两次以上获取到的包括上切换值初始值在内的上 切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下切换值检测值进行拟合估计，获取所述压力 开关的上切换值估计值|或下切换值估计值f：.其中，r = l，2,3...;
[0013] 判断步骤，将最近两次或两次以上获取到的上切换值估计值或下切换值估计值中 的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比较，当所述差值大于或等于所述规定量δ 时，返回所述检测值获取步骤；当所述差值小于所述规定量即寸，将最近一次获取的所述上 切换值估计值或下切换值估计值作为所述压力开关的上切换值或下切换值。
[0014] 上述检测压力开关切换值的方法中，所述判断步骤中，所述规定量δ为设定精度， 其值在所述压力开关精度的〇. 2-0.5倍的范围内。
[0015]上述检测压力开关切换值的方法中，所述检测值获取步骤中，以满足本次压力开 关状态切换时的升压速率或降压速率与上次压力开关状态切换时的升压速率Vl(i-l)或降压 速率V2(H)F同的方式获取压力开关切换时的上切换值检测值R i或下切换值检测值Fi。
[0016] 上述检测压力开关切换值的方法中，所述检测值获取步骤中的升压速率表示为Vlj = θνι+υ，其中，Vij为第i检测值获取步骤中的升压速率，vm-υ为第(i-i)检测值获取步骤 中获取上切换值检测值时的升压速率，Θ为速率调整率，且满足，〇<9<l，i = l，2,3，...。
[0017] 上述检测压力开关切换值的方法中，所述检测值获取步骤中的降压速率表示为Vlj = θν2(Η)，其中，Vij为第i检测值获取步骤中的降压速率，V2(H)为第(i-Ι)检测值获取步骤 中获取下切换值检测值时的降压速率，Θ为速率调整率，且满足〇<θ<I，i = 1，2，3，...。
[0018] 上述检测压力开关切换值的方法中，在所述估计值获取步骤中，采用基于最小二 乘的多项式拟合方法对上切换值检测值与升压速率或下切换值检测值与降压速率的关系 进行拟合估计，并将升压速率或降压速率为零时对应的切换值估计值作为上切换值估计值 或下切换值估计值。
[0019] 另外，现有技术如图3所示的压力开关检测系统中，还存在压力源100给压力开关 103缓慢升压和减压的过程较为费时的问题。本发明为了解决检测压力开关切换值的过程 比较费时的技术问题，进一步提供一种准确度高、重复性好并且能够快速完成升压和/或降 压过程的检测压力开关切换值的方法。
[0020] 为了实现上述目的采用如下技术方案：
[0021] 一种用检测装置检测压力开关切换值的方法，其中，所述检测装置包括压力发生 器、压力传感器和压力管路，通过压力管路将压力发生器、压力传感器和所述压力开关连 通，通过压力发生器来调整所述压力管路内的压力大小，而使所述压力开关的通断状态发 生切换，所述检测装置采用所述检测压力开关切换值的方法来检测所述压力开关的切换 值，所述检测压力开关切换值的方法包括以下步骤：
[0022]初始值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切 换值初始值Ro以及对应的升压速率作为升压速率初始值V1Q，或降压过程中压力开关状态切 换时的压力值作为下切换值初始值Fo以及对应的降压速率作为降压速率初始值 V2〇;
[0023]检测值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切 换值检测值R1以及对应的升压速率VU，或在降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值 检测值Fi以及对应的降压速率 V2i，其中，i = l，2,3...;
[0024] 估计值获取步骤，将最近两次或两次以上获取到的包括上切换值初始值在内的上 切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下切换值检测值进行拟合估计，获取所述压力 开关的上切换值估计值$或下切换值估计值$，其中，r = l，2,3...;
[0025] 判断步骤，将最近两次或两次以上获取到的上切换值估计值或下切换值估计值中 的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比较，当所述差值大于或等于所述规定量δ 时，返回所述检测值获取步骤；当所述差值小于所述规定量即寸，将最近一次获取的所述上 切换值估计值或下切换值估计值作为所述压力开关的上切换值或下切换值。
[0026] 上述检测方法的检测值获取步骤中，将升压速率或降压速率较上次压力开关状态 切换时的升压速率VlU-υ或降压速率V2(i-1)减小，以该减小后的升压速率或降压速率加上一 速率调整量来改变所述管路内的压力。速率调整量随着压力管路内的压力值接近上次获取 的包括上切换值初始值在内的上切换值检测值或者包括下切换值初始值在内的下切换值 检测值而变小。
[0027] 具体的，在升压过程中速率调整量为管路内压力值的函数，所述函数表示为AVlj = k(Ri-i-pj)，所述升压速率表示为Vij = 0vi(i-D+AVij，其中，AVij为第i检测值获取步骤中 的第j检测步的速率调整量，Vij为第i检测值获取步骤中的升压速率，vm-υ为第（i-i)检测 值获取步骤中获取上切换值检测值时的升压速率，Ri-I为在第(i-Ι)检测值获取步骤中检测 到的上切换值检测值，Pj为在所述第j检测步所检测到压力管路内的压力值，k为压力调整 率，0为速率调整率，且满足1^2〇,〇<0<1，1 = 1，2,3，...，」=1，2,3，...。当1^ = 〇时，升压速 率表不为Vi=9vi(i-1)(参见实施方式1 :丨旦速率控压法）。
[0028] 在降压过程中速率调整量为管路内压力值的函数，所述函数表示为AVlj = Wpj-Fi-O，所述降压速率表示为Vij = θν2(?-υ+ △ Vij，其中，△ Vij为第i检测值获取步骤中的第j检 测步的速率调整量，Vij为第i检测值获取步骤中的降压速率，v 2(i-O为第(i-Ι)检测值获取步 骤中获取下切换值检测值时的降压速率，Fh为在第(i-Ι)检测值获取步骤中检测到的下切 换值检测值，P j为在所述第j检测步所检测到压力管路内的压力值，k为压力调整率，Θ为速 率调整率，且满足1^2〇,〇<0<1，1 = 1，2,3，...，」=1，2,3，...。当1^ = 〇时，降压速率表示为 Vi = 9v2(i-i)(参见实施方式1 :丨旦速率控压法）。
[0029] 实施方式1所提供的检测方法能解决准确度和重复性问题。
[0030] 实施方式1用以进一步解决图3所示的压力开关检测系统在缓慢升压和减压过程 中较为费时的问题，提出一种快速完成升压和/或降压过程的检测压力开关切换值的方法。
[0031] 实施方式2与实施方式1所不同之处在于k的取值为k>0(参见实施方式2:变速率 控压法）。实施方式2所提供的检测方法在解决准确度和重复性问题的基础上，还能够实现 快速检测。
[0032] 上述检测压力开关切换值的方法(包括实施方式1和实施方式2)中，所述估计值获 取步骤，采用基于最小二乘的多项式拟合方法对上切换值检测值与升压速率或下切换值检 测值与降压速率的关系进行拟合估计，并将升压速率或降压速率为零时对应的切换值估计 值作为上切换值估计值或下切换值估计值。
[0033] 上述检测压力开关切换值的方法(包括实施方式1和实施方式2)中，所述判断步骤 中规定量S为设定精度，其值在所述压力开关精度的0.2-0.5倍的范围内。
[0034] 上述检测压力开关切换值的方法(包括实施方式1和实施方式2)中，在所述初始值 获取步骤中，以较快的升压速率或降压速率改变所述压力管路内的压力，直到检测出所述 压力开关的通断状态发生切换，获取所述压力开关状态切换时的压力值作为上切换值初始 值心或下切换值初始值F 1，将所述压力开关状态切换时的升压速率或降压速率作为升压速 率初始值Vli或降压速率初始值V2i。
[0035]本发明还提供一种检测压力开关切换值的装置，该装置用于执行上述检测压力开 关切换值的方法，能够快速完成压力开关的切换值的检测，准确度高、重复性好。
[0036] 一种检测压力开关切换值的装置，包括压力发生器、压力传感器和压力管路，通过 压力管路将压力发生器、压力传感器与所述压力开关连通，通过压力发生器来调整所述压 力管路内的压力大小而使所述压力开关的通断状态发生切换;所述装置还包括初始值获取 单元、检测值获取单元、估计值获取单元和判断单元，其中：
[0037]初始值获取单元，控制所述压力发生器改变压力管路内的压力，获取所述压力开 关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值初始值Ro以及对应的升压速率作为升 压速率初始值V1Q，或降压过程中压力开关状态切换时的压力值作为下切换值初始值Fo以及 对应的降压速率作为降压速率初始值V 20;
[0038]检测值获取单元，控制所述压力发生器改变压力管路内的压力，获取所述压力开 关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值检测值&以及对应的升压速率vu，或在 降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值检测值F 1以及对应的降压速率V21，其中，i = 1,2,3...；
[0039] 估计值获取单元，接收所述检测值获取单元获取的数据值，将最近两次或两次以 上获取到的包括上切换值初始值在内的上切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下 切换值检测值进行拟合估计，获取所述压力开关的上切换值I r估计值或下切换值估计值 爲，其中，r = l，2,3···;
[0040] 判断单元，接收所述估计值获取单元获取的数据值，将最近两次或两次以上获取 到的上切换值估计值或下切换值估计值中的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比 较，当所述差值大于或等于所述规定量S时，使所述检测值获取单元进行下一次获取操作； 当所述差值小于所述规定量即寸，将最近一次获取的所述上切换值估计值或下切换值估计 值作为所述压力开关的上切换值或下切换值。
[0041]采用上述技术方案，本发明的技术效果是:本发明的方法采用多次循环检测方式 来检测压力开关的切换值，每次检测中，以满足本次压力开关状态切换时的升压速率或降 压速率与上次压力开关状态切换时的升压速率ν1(1-υ或降压速率ν2(1- υ不同的方式获取压 力开关切换时的上切换值检测值或下切换值检测值，并将最近两次或两次以上获取到的切 换值检测值采用拟合估计方法获取切换值估计值，直到最近两次或两次以上获取到的切换 值估计值中的最大值与最小值之差值小于规定量即寸，将最近一次获取的所述切换值估计 值作为所述压力开关的切换值;本发明的装置使用方便，工作可靠;该方法采用本发明提供 的装置来完成，能够提高检测结果的准确性，保证重复性，降低测量误差，节省检测时间。
【附图说明】
[0042] 图1是执行本发明方法的一种检测压力开关切换值的装置的结构框图；
[0043] 图2是本发明实施例提供的一种检测压力开关切换值的方法的流程图；
[0044]图3是现有的压力开关检测系统的示意图；
[0045]图4是本发明方法的实施方式1中压力变化速度与检测的压力切换值的关系图； [0046]图5是本发明方法的实施方式2中压力变化速度与检测的压力切换值的关系图； [0047]图6是本发明方法的实施方式3中压力变化速度与检测的压力切换值的关系图。 [0048]图中附图标记表示为：
[0049] 1:压力发生器，2:压力管路，3:压力传感器，4:控制器;5:压力开关；
[0050] 41:初始值获取单元;42:检测值获取单元;43:判断单元;44:估计值获取单元；
[0051] 100:压力源，101:标准压力计，102:等压管路，103:压力开关，104:开关状态获取 单元。
【具体实施方式】
[0052]以下结合附图和具体实施例，对本发明的检测压力开关切换值的装置及方法进行 详细说明。
[0053]本发明适用于各种压力开关的检测，实施例仅针对其中一种电子式压力开关进行 说明，本发明的实施例并不限于这些特定示例性实施例，而是意指包括在本发明范围内的 所有等效形式以及替代形式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明公开内容。
[0054]图1为执行本发明方法的一种检测压力开关切换值的装置的结构框图。如图1所 示，该装置包括压力发生器1、压力管路2、压力传感器3和控制器4,其中，压力发生器1、压力 传感器3通过压力管路2连接形成物理上的通路（图1中粗线表示），并与外部的压力开关5物 理连通;控制器4分别与压力传感器3和外部压力开关5逻辑连接，接收来自压力传感器3和 压力开关5的信号，并且对接收的数据进行分析处理，并将生成的控制指令发送给压力发生 器1;压力管路2与压力开关5的管路输入接口端进行物理连接，压力管路2将压力发生器1所 产生的压力传送到压力开关5中，同时控制器4与压力开关5的开关量输出端逻辑连接，用于 接收压力开关5触点动作的信号。
[0055] 其中，压力发生器1可以是气压压力发生器，也可以是液压压力发生器，采用压力 栗驱动;压力发生器1接收来自控制器4的控制指令，控制压力栗按照不同速率增压或减压， 将压力发生器1的状态也可以传送到控制器4,并传送到外接设备(例如液晶显示屏)进行显 不。
[0056]压力传感器3安装于压力管路2上，用于检测压力管路2内的压力，并将压力信号转 换成电信号传送给控制器4。
[0057]控制器4给压力发生器1发送控制指令，控制压力发生器1改变压力管路2内的压 力，并接收压力传感器3获取的压力值以及压力开关5的状态信息，用以完成压力开关切换 值的检测，该装置包括初始值获取单元41、检测值获取单元42、估计值获取单元44和判断单 元43,其中：
[0058]初始值获取单元41，发送指令给压力发生器1，控制压力发生器1以较快的升压速 率或降压速率改变压力管路2内的压力，直到检测出压力开关5的通断状态发生切换，通过 压力传感器3获取压力开关5在升压过程中发生状态切换时的压力值作为上切换值初始值 Ro以及对应的升压速率初始值v1Q，或降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值初始值 F0以及对应的降压速率初始值V20。
[0059]检测值获取单元42,发送指令给压力发生器1，控制压力发生器1改变压力管路2内 的压力，获取压力开关5在升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值检测值R1以及对 应的升压速率vu，或在降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值检测值? 1以及对应的 降压速率V2i，其中，i = l，2,3...;
[0060]估计值获取单元44,接收检测值获取单元42获取的数据值，将最近两次或两次以 上获取到的包括上切换值初始值在内的上切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下 切换值检测值进行拟合估计，获取压力开关5的上切换值估计值&或下切换值估计值其 中，r = l，2,3· · ·;
[00611判断单元43,接收估计值获取单元44获取的数据值，将最近两次或两次以上获取 到的上切换值估计值或下切换值估计值中的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比 较，当所述差值大于或等于所述规定量S时，使所述检测值获取单元进行下一次获取操作； 当所述差值小于所述规定量即寸，将最近一次获取的所述上切换值估计值或下切换值估计 值作为所述压力开关5的上切换值或下切换值。
[0062] 上述装置只是控制器4的一种实现形式，控制器4可以有多种实现形式，例如，可以 是由软件程序实现的程序控制器，还可以是组合逻辑控制器，或者由人工实现。
[0063] 控制器4可设置电接口，电接口可以为设有多种电信号接口的集成元件，能够支持 不同电信号的接入或输出，所述电信号接口包括开关数字量接口、USB接口、串口、以太网口 等，可以接压力开关5的开关量输出端，接收压力开关5的触点动作信号，也可以连接到计算 机、显示器或者触摸屏等外接设备，用于数据采集、结果显示、程序下载、参数设定、远程调 试以及系统更新等。因此该装置可由控制器4的电接口配置显示屏，制成手持式装置，方便 现场使用;也可以作为固定式装置，接入计算机系统，实现远程监测。
[0064]已有的压力开关切换值检测装置或方法中，大多是基于以下机理来实现的：在压 力上升过程中，触发开关状态发生变化的压力值为上切换值R(真实值），在压力下降过程 中，触发开关状态变化的压力为下切换值F(真实值），且R>F，则R-F称为回差。回差的存在增 强了压力开关工作的稳定性，通常回差的大小视应用场合要求而不同。在测量的过程中，压 力传感器3测得的压力数值为上或下切换值检测值，记为R 1SF1,则测量误差￡l为第i次切换 值检测值减去真实值后所得到的值，即ε η = Ri-R，￡2i = Fi-F，其中，i为测量序号，R为上切换 值的真实值，Ri为第i次检测到的上切换值，εη为第i次上切换值的检测误差;F为下切换值 的真实值，Fi为第i次检测到的下切换值，e2i为第i次下切换值的检测误差。
[0065]压力管路2内的压力达到切换点时，需要经过多个环节才能获取启动触点动作信 号，这些环节包括压力开关的压力测量、比较环节、开关的驱动、开关测量并捕获切换的响 应时间以及压力传感器的读数时间等，这些因素会造成切换值的检测值大于或小于切换值 真实值。
[0066] 因此在测量过程中，时间延迟主要有两部分，一是从压力值到达切换点到输出触点 动作的开关量时的延迟时间为ti，二是从接收到开关量到接收到压力传感器的读数的延迟时 间为t2,则由以上两个方面的共同影响，则Eii = Eir^12J2i = ε21+ε22,其中，为上切换值的检 测误差，εη为延迟时间t引起的误差，ε 12为延迟时间t2引起的误差；ε2ι为下切换值的检测误 差，ε 21为延迟时间t引起的误差，ε22为延迟时间t2引起的误差。通常以山比较小，因此该时间 段内的平均压力变化率i可当作定值，即％ + ^ + ，％ = 6 +? + ， 多次检测过程中，压力传感器、压力开关的延迟基本不变，因此上切换值或下切换值检测误 差ε ii、￡2i与触发压力开关动作时的压力变化率基本成正比。
[0067] 若压力变化幅度为△ p，测量时间为t，压力变化率恒定为V，则在测量时间t足够小 的情况下，t = Δ p/v，即测量时间t与压力变化率V大致成反比关系。
[0068]基于此，为了检测到较为准确的压力开关的切换值，希望在压力开关通断状态切 换时压力变化率V趋于零;另一方面，为了节省测量时间，希望采用较大的压力变化率V进行 压力扫描。实际操作中会因压力变化率过大而导致压力开关切换点检测结果不准确;每一 检测过程的速率不一致导致重复性较差。
[0069]为此，本发明提出了检测准确度高、重复性好的快速检测压力开关切换值的方法。 [0070]本发明采用循环检测的方式，对压力开关的切换值的检测值与压力变化速率的关 系进行了拟合估计，并将升压速率或降压速率为零时对应的切换值估计值作为上切换值估 计值或下切换值估计值，从而尽可能消除压力开关切换值检测过程中由于压力变化率不为 零所带来的误差和不确定性。采用作为设定精度的规定量S作为检测终止循环的判断依据。
[0071] 检测压力开关切换值的方法:
[0072] 图2为本发明实施例提供的一种检测压力开关切换值的方法的流程图，该方法可 应用于图1所示的检测压力开关切换值的装置中，下面基于图1所示的检测压力开关切换值 的装置对该方法进行详细描述。
[0073]如图1所示，该装置通过压力管路2将压力发生器1、压力传感器3和压力开关5连 通，通过调整压力管路2内的压力大小而使压力开关5的通断状态发生切换，同时采用本发 明的检测压力开关的切换值的方法来检测所述压力开关的切换值。如图2所示，该检测压力 开关切换值的方法包括以下步骤：
[0074] SlOO初始值获取步骤:获取所述压力开关5在升压过程中状态切换时的压力值作 为上切换值初始值Ro以及对应的升压速率作为升压速率初始值V1Q，或降压过程中压力开关 5状态切换时的压力值作为下切换值初始值Fo以及对应的降压速率作为降压速率初始值 V20〇
[0075]在该步骤中，以较快的升压速率或降压速率改变所述压力管路2内的压力，直到检 测出所述压力开关5的通断状态发生切换，通过压力传感器3来获取所述压力开关5状态切 换时的压力值作为上切换值初始值Ro或下切换值初始值Fo，将所述压力开关5状态切换时的 升压速率或降压速率作为升压速率初始值VlQ或降压速率初始值V20。
[0076]此处，在初始值获取过程中，开始的升压速率或降压速率通常根据压力开关5的性 能由经验值来确定，一般选取靠近升压速率经验值或降压速率经验值的上限以尽快逼近压 力开关5的切换值，从而减少检测时间。
[0077]压力开关切换时的升压速率或降压速率可通过程序计算获得，即将压力传感器3 读取一次压力管路2内的压力值到下一次读取压力管路2内的压力值的过程作为一个检测 步，则压力开关切换时检测到的压力值减去上一检测步所检测到的压力值，再除以检测步 所用时间，即为压力开关切换时的升压速率V 1Q或降压速率V2Q;如果压力传感器3具有测速 功能，也可以通过压力传感器3记录压力开关切换时的升压速率 V1Q或降压速率V2Q;压力开 关5切换时的升压速率或降压速率还可以根据经验值设定。
[0078] S200检测值获取步骤，获取压力开关5在升压过程中状态切换时的压力值作为上 切换值检测值R1以及对应的升压速率vu，或在降压过程中状态切换时的压力值作为下切换 值检测值Fi以及对应的降压速率v2i，其中，i = l，2,3...。
[0079] 上述检测值获取步骤中，从开始检测到压力开关5状态切换的过程中，升压速率或 降压速率可以是合理范围内的任意大小的速率，优选的，以比较快的升压速率或降压速率 改变压力管路2内的压力，该速率可以是大致恒定的升压速率或降压速率，也可以是变化的 升压速率或降压速率，例如，检测值获取步骤中的升压速率或降压速率为检测到的压力管 路2内压力值的函数。
[0080] S300估计值获取步骤，将最近两次或两次以上获取到的包括上切换值初始值在内 的上切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下切换值检测值进行拟合估计，获取所述 压力开关的上切换值氧估计值或下切换值估计值其中，r = l ,2,3...。
[0081] 上述估计值获取步骤S300中可采用基于最小二乘的多项式拟合方法进行拟合估 计，由于对于低阶方程来说，最小二乘法利用最佳平方逼近法可以在一个区间上比较均匀 的逼近函数，且简单易行、实效性大。
[0082] S400判断步骤，将最近两次或两次以上获取到的上切换值估计值或下切换值估计 值中的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比较，当所述差值大于或等于所述规定 量δ时，返回所述检测值获取步骤S200;当所述差值小于所述规定量δ时，将最近一次获取的 所述上切换值估计值或下切换值估计值作为所述压力开关的上切换值或下切换值。
[0083] 在上述方法的判断步骤S400中，可采用最近两次获取的切换值估计值之差与所述 规定量S比较，进行判断方法是否终止，也可以采用最近三次或三次以上获取的切换值估计 值的最大值和最小值之差与所述规定量S比较，判断该方法是否终止，其中，所述规定量δ可 根据压力开关5的精度以及应用场景的精度要求来设定，规定量δ可以是固定值，也可以不 是固定值，例如，两次检测过程的判断步骤中所用的规定量S的值不同；采用后一种方法得 到的压力开关切换值可信度更高，相应地，检测时间可能会增加，可根据检测要求折中选 择。
[0084] 可选地，该方法在SI 00步骤之前还可以包括初始化步骤，对该方法中涉及到的各 个参数进行设置，例如规定量S的设定，其他需要设置的参数根据具体的实施方式来确定； 如果各个参数值固定为默认值，也可以忽略该步骤。
[0085] 可选地，该方法在S400判断步骤之后还可以包括输出步骤，即将最后一次循环中 得到的上切换值估计值和下切换值估计值作为压力开关5的上切换值和下切换值记录在控 制器4中，并将结果传送给外接设备。
[0086]上述步骤的实现过程可根据不同的实施方式具有不同的变形。
[0087]该方法可用于单独检测压力开关的上切换值或下切换值，也可用于同时检测压力 开关5的上切换值和下切换值。
[0088]下面以同时检测压力开关的上切换值和下切换值、并在上述判断步骤中采用最近 两次获取的切换值估计值最大值和最小值之差与所述规定量S比较的情况为例，详细介绍 几种不同实施方式具体的实施步骤。
[0089] 实施方式1:恒速率控压法
[0090] 具体地，该方法应用图1所示的检测压力开关切换值的装置进行操作，在检测过程 中以大致恒定的升压速率和降压速率来改变压力管路2内的压力，包括以下几个步骤：
[0091] 初始值获取步骤：由压力发生器1以较快的升压速率或降压速率改变压力管路2内 的压力，直到检测出所述压力开关5的通断状态发生切换，通过压力传感器3来获取所述压 力开关5状态切换时压力管路2内的压力值作为上切换值初始值Ro或下切换值初始值Fo，以 及相应的升压速率初始值V 1O或降压速率初始值V2Q，并将获取的值存储在控制器4中。
[0092] 检测值获取步骤：由压力发生器1从下切换值F(H)处以Vi = QVm-D的升压速率升 高压力管路2内的压力，将压力开关5发生状态切换时压力传感器3获取的上切换值作为上 切换值检测值Ri，以及获取压力开关5状态切换时的升压速率V li;由压力发生器1从上切换 值心处以V1 = 9V2(H)的降压速率降低压力管路2内的压力，将压力开关5发生状态切换时压 力传感器3获取的下切值作为下切换值检测值F i,以及获取压力开关5状态切换时的升压速 率V21，并将所获得的检测值存储在控制器4中，其中，i为循环次数，Θ为速率调整率，且满足i = 1,2,3. . . ,0<θ<1〇
[0093]估计值获取步骤:若i 2 1，将最近两次获取到的包括上切换值初始值Ro在内的上 切换值检测值R1进行拟合估计，获取所述压力开关的上切换值估计值&;并将最近两次获 取到的包括下切换值初始值Fo在内的下切换值检测值? 1进行拟合估计，获取所述压力开关 的下切换值估计值否则循环次数i加1，并转向检测值获取步骤，其中，r为估计次数，r = 1,2,3...〇
[0094] 判断步骤:若2且满足：
[0095] 丨1皿(/(丨./〈.）-min(/),.丨 j,.)<d、和皿ιχ(/?,丨^ 最后一次循环中得到的上切换值估计值和下切换值估计值作为压力开关5的上切换值和下 切换值，并存储于控制器4中，退出循环；否则循环次数i加1，估计值个数r加1，并转向检测 值获取步骤，其中，规定量δ的取值范围为压力开关5精度的0.2-0.5倍。
[0096] 上述方法中，如果需要重新设置规定量δ和速率调整率Θ等参数的值，则该实施方 式还可以包括初始化步骤;如果所述设备连接外接设备，则实施方式1还可包括输出步骤。
[0097] 上述方法的循环次数取决于所设定的规定量δ、速率调整率Θ以及初始升压速率νιο 和/或初始降压速率V20等，上述方法的检测值获取步骤中速率调整率Θ越大，每次检测中升 压速率或降压速率减小的越慢，需要的时间越短，但达到所需精度需要的检测次数一般会 增加，总的检测时间相应的越长;相反速率调整率Θ越小，每次检测中升压速率或降压速率 减小的越快，相应的检测次数一般会减少，但每次检测执行时间越长，在实际检测中需要折 中考虑。规定量S-般参照压力开关的标称值和应用场景的精度要求进行设定，其取值范围 可以为压力开关5精度的0.2-0.5倍;所谓规定量δ的取值范围为压力开关5精度的0.2-0.5 倍，是指规定量S的值可以是压力开关5精度的0.2-0.5倍的范围内的某个固定值，也可以不 是固定值，例如，两次检测过程的判断步骤中所用的规定量S的值不同。
[0098] 实施方式2:变速率控压法
[0099] 为了在满足重复性指标δ的同时进一步减少检测时间，对上述方法的实施方式1进 行改进，每一次检测过程中采用实时变化的升压速率和降压速率，即在距离压力开关状态 切换点较远时，压力调整率较大，利于节省时间；在接近压力开关状态切换点时，压力变化 率变小，检测误差降低。在检测过程中，将压力传感器3读取一次压力管路2内的压力值到下 一次读取压力管路2内的压力值的过程作为一个检测步;将完成一次检测压力开关的上切 换值和下切换值的过程作为一个循环。
[0100] 实施方式2的变速率控压法所包括的各步骤与实施方式1的各步骤基本相同，区别 在于，检测值获取步骤中压力发生器1改变压力管路2内的压力的规律不同，实施方式2所采 用的检测值获取步骤如下：
[0101] 检测值获取步骤：由压力发生器1从下切换值Fi-i处以Vij = Qvm-D+kUi-i-pj)的升 压速率升高压力管路2内的压力，将压力开关5状态切换时压力传感器3获取的上切换值作 为上切换值检测值R 1，以及获取压力开关5状态切换时的升压速率V11;其中，i为循环次数，i =1，2,3, . . .，j为检测步数，j = l，2,3,. . .，k为压力调整率，Θ为速率调整率，〇<k，〇<0< 1;P」为压力传感器单元3第j检测步中所检测到的压力值;vm-υ为第(i_l)检测值获取步骤 中获取上切换值检测值时的升压速率或升压速率初始值，Rh为在第i-Ι检测值获取步骤中 检测到的上切换值检测值或上切换值初始值；
[0102] 由压力发生器1从上切换值检测值Ri处以Vij = 0V2(i-D+kbj-Fi-i)的降压速率降低 压力管路2内的压力，将压力开关5状态切换时压力传感器3获取的下切值作为下切换值检 测值F i，以及获取压力开关状态切换时的升压速率v2i;并将上述获取的值存储于控制器4; 其中，P伪压力传感器单元3第j检测步中所检测到的压力值; ν2(1-υ为第（i-l)检测值获取 步骤中压力开关5状态切换时的降压速率或降压速率初始值，Fh为在第i-Ι检测值获取步 骤中检测到的下切换值检测值或下切换值初始值。
[0103] 同样，该实施方式还可以包括初始化步骤和/或输出步骤。
[0104]采用实时变化的升压速率或降压速率改变压力管路2内的压力，检测压力开关的 上或下切换值检测值，压力调整率k数值上为大于零的固定值。同样，规定量δ-般参照压力 开关的标称值和应用场景的精度要求进行设定，其取值范围可以为压力开关5精度的0.2-〇. 5倍;所谓规定量δ的取值范围为压力开关5精度的0.2-0.5倍，是指规定量δ的值可以是压 力开关5精度的0.2-0.5倍的范围内的某个固定值，也可以不是固定值，例如，两次检测过程 的判断步骤中所用的规定量S的值不同。
[0105]该方法可以进一步减少检测时间，使上切换值检测值或下切换值检测值很快逼近 真实值，并且重复性较好。
[0106] 实施方式3:模糊控压法
[0107]该实施方式中，控制器4根据压力传感器3获取的压力值以及压力开关5的状态信 息，对压力管路的压力升降给出指示性引导规则;操作者可按照控制器4的指示操作压力发 生器1来实现升压和降压过程。根据压力开关5的升压或降压上限速率，将上限速率划分为 不同速率范围，例如，引导规则可以是简单的"慢升压"、"中速升压"、"快升压"、"慢降压"、 "中速降压"、"快降压"等模糊引导规则。
[0108] 具体地，该方法应用图1所示的检测压力开关切换值的装置进行操作，在检测过程 中操作者按照控制器4的指示操作压力发生器1来改变压力管路2内的压力，包括以下几个 步骤：
[0109] 初始值获取步骤:操作压力发生器1以较快的升压速率或降压速率改变压力管路2 内的压力，直到检测出所述压力开关5的状态发生切换，通过压力传感器3来获取所述压力 开关5状态切换时压力管路2内的压力值作为上切换值初始值Ro或下切换值初始值Fo，以及 相应的升压速率初始值v 1Q或降压速率初始值V2Q，并将获取的值存储在控制器4中。
[0110] 检测值获取步骤:操作压力发生器1从下切换值Fu-υ处按照控制器4的模糊引导规 则升高压力管路2内的压力，将压力开关5发生状态切换时压力传感器3获取的上切换值作 为上切换值检测值Ri，以及获取压力开关5状态切换时的升压速率V li;由压力发生器1从上 切换值R1处按照控制器4的模糊引导规则降低压力管路2内的压力，将压力开关5发生状态 切换时压力传感器3获取的下切值作为下切换值检测值F i，以及获取压力开关5状态切换时 的升压速率V2l，并将所获得的检测值存储在控制器4中，其中，i为循环次数，Θ为速率调整 率，且满足i = l ,2,3...。
[0111] 估计值获取步骤:若i 2 1，将最近两次获取到的包括上切换值初始值Ro在内的上 切换值检测值R1进行拟合估计，获取所述压力开关的上切换值并将最近两次获取到的 包括下切换值初始值Fo在内的下切换值检测值? 1进行拟合估计，获取所述压力开关的下切 换值估计值否则循环次数i加1，并转向检测值获取步骤，其中，r为估计次数，r = 1，2， 123456 判断步骤:若U 2且满足： 2 max(/(. '和腿x(K r，:）-.丨 最后一次循环中得到的上切换值估计值和下切换值估计值作为压力开关5的上切换值和下 切换值，并存储于控制器4中，退出循环；否则循环次数i加1，估计值个数r加1，并转向检测 值获取步骤，其中，规定量δ的取值范围为压力开关5精度的0.2-0.5倍。 3 上述方法中，如果需要重新设置规定量δ和速率调整率Θ等参数的值，则该实施方 式还可以包括初始化步骤;如果所述设备连接外接设备，则该实施方式还可包括输出步骤。 4 实施方式1和实施方式2均要求压力发生器1按照控制器4给出的升降压速率对压 力管路的压力进行实时控制，一般需要配备自动测控装置来实施，具有准确、快速、方便的 优点。实施方式3是本发明装置的简易实现，同样能够实现本发明方法对压力开关切换值进 行准确的测量，并且能够使用现有的大部分压力发生装置，具有简单、实用、成本低的优点。 5 实施例1: 6 以下针对上述检测压力开关切换值的方法的3个实施方式进行实验验证，其中被 测的压力开关为PN30-P060G14H3AQ的CATO压力开关，具体的参数指标如表1所示。
[0118]表1被测压力开关的参数列表
[0120] 在该实验中，以上述CATO压力开关为检测对象，规定量δ设置为6kPa(0.1 %量程）。 实施方式1和2中，初始速率取300kPa/s，速率调整率Θ的取为0.5。实施方式2中，压力调整率 k约为0.5。
[0121]实施方式1的检测结果列在表2和表3中，其压力变化速度与检测的压力切换值之 间的关系在图4中示出；实施方式2的检测结果列在表4和表5中，其压力变化速度与检测的 压力切换值之间的关系在图5中示出；实施方式3的检测结果列在表6和表7中，其压力变化 速度与检测的压力切换值之间的关系在图6中示出。
[0122]如表2和表3所示，实施方式1在每次循环过程中采用恒速率控压法来升高或降低 压力管路2内的压力，循环4次能检测出上切换值4049kPa，耗时39.2秒，循环5次能够检出下 切换值3863kPa，耗时89.9秒;实施方式2采用变速率控压法来升高或降低压力管路2内的压 力，需要循环5次得到上切换值4051kPa，耗时33.7秒，循环4次检出下切换值3858kPa，耗时 29.3秒;两种实施方式检测循环终止时压力开关5状态切换时的速度变化率均减小为较小 的速率，两种实施方式的检测结果的差值小于规定量δ(即6kPa)，差异小，保证了检测结果 的准确性；显然初始阶段采用较快的压力变化率（300kPa/s)迅速将压力扫描范围由0~ 6000kPa缩小至约3620~4300kPa以内，缩短了检测的时间；实施方式2采用变速率方式加速 远离切换值时的测量过程，进一步大幅缩短了所需检测时间。
[0123]传统的手动检测压力开关5的切换值的方式，没有对压力开关切换值检出时的压 力变化率做出具体要求，由人工经验很难保证检测结果的一致性和准确性(参见实施方式3 中的切换值检测值）。
[0124]实施方式3采用模糊控压方法来升高或降低压力管路2内的压力，不要求逐渐减小 升压速率或降压速率，对操作者要求低，实现简单。如表6和表7所示，只需循环3次就能检测 出上切换值4050kPa，循环4次能检测出下切换值3859kPa，与实施方式1和实施方式2的结果 的差值小于规定量S，保证了检测结果的准确性。表2实施方式1的上切换值的检测结果
[0127]表3实施方式1的下切换值的检测结果
[0130]表4实施方式2的上切换值的检测结果

[0135]表6实施方式3的上切换值的检测结果
[0138]表7实施方式3的下切换值的检测结果
[0140]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发明而不限制本 发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开内容。
【主权项】
1. 一种用检测装置检测压力开关切换值的方法， 其中，所述检测装置包括压力发生器、压力传感器和压力管路，通过压力管路将压力发 生器、压力传感器和所述压力开关连通，通过压力发生器来调整所述压力管路内的压力大 小，而使所述压力开关的通断状态发生切换，所述检测装置采用所述检测压力开关切换值 的方法来检测所述压力开关的切换值， 所述检测压力开关切换值的方法的特征在于，包括W下步骤： 初始值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值 初始值RoW及对应的升压速率作为升压速率初始值V10,或降压过程中压力开关状态切换时 的压力值作为下切换值初始值FoW及对应的降压速率作为降压速率初始值V20; 检测值获取步骤，获取所述压力开关在升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值 检测值RiW及对应的升压速率VII，或在降压过程中状态切换时的压力值作为下切换值检测 值FiW及对应的降压速率V2i，其中，i = l，2,3...; 估计值获取步骤，将最近两次或两次W上获取到的包括上切换值初始值在内的上切换 值检测值或包括下切换值初始值在内的下切换值检测值进行拟合估计，获取所述压力开关 的上切换值估计值馬或下切换值估计值f，其中，r = 1，2，3...; 判断步骤，将最近两次或两次W上获取到的上切换值估计值或下切换值估计值中的最 大值与最小值之间的差值与规定量S进行比较，当所述差值大于或等于所述规定量δ时，返 回所述检测值获取步骤;当所述差值小于所述规定量δ时，将最近一次获取的所述上切换值 估计值或下切换值估计值作为所述压力开关的上切换值或下切换值。2. 根据权利要求1所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述判断步骤中， 所述规定量S为设定精度，其值在所述压力开关精度的0.2-0.5倍的范围内。3. 根据权利要求1或2所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述检测值获 取步骤中，W满足本次压力开关状态切换时的升压速率或降压速率与上次压力开关状态切 换时的升压速率Vl(W)或降压速率V2(W)不同的方式获取压力开关切换时的上切换值检测 值Ri或下切换值检测值Fi。4. 根据权利要求1至3任一项所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述检 测值获取步骤中，将升压速率或降压速率较上次压力开关状态切换时的升压速率Vl(i-l)或 降压速率V2(i-1)减小，W该减小后的升压速率或降压速率加上一速率调整量来改变所述管 路内的压力。5. 根据权利要求4所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述检测值获取步 骤中的速率调整量随着压力管路内的压力值接近上次获取的包括上切换值初始值在内的 上切换值检测值或者包括下切换值初始值在内的下切换值检测值而变小。6. 根据权利要求5所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述速率调整量为 管路内压力值的函数，所述函数表示为AVu = k(Ri-i-pj)，所述升压速率表示为Vu = 9vi(i-i) + A Vij，其中，A Vij为第i检测值获取步骤中的第j检测步的速率调整量，Vij为第i检测值获 取步骤中的升压速率，Vl(i-l)为第(i-1)检测值获取步骤中获取上切换值检测值时的升压速 率，Ri-i为在第(i-1)检测值获取步骤中检测到的上切换值检测值，为在所述第j检测步所 检测到压力管路内的压力值，k为压力调整率，Θ为速率调整率，且满足k>〇,〇<0<l，i = l， 2,3, ...0 = 1,2,3,...07. 根据权利要求5或6所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，所述速率调整 量为管路内压力值的函数，所述函数表示为A Vu = k(p广Fi-i)，所述降压速率表示为νυ = θ V2(i-i)+Δ Vij，其中，A Vij为第i检测值获取步骤中的第j检测步的速率调整量，Vij为第i检测 值获取步骤中的降压速率，ν2<ι-υ为第(i-1)检测值获取步骤中获取下切换值检测值时的降 压速率，Fi-i为在第(i-1)检测值获取步骤中检测到的下切换值检测值，为在所述第j检测 步所检测到压力管路内的压力值，k为压力调整率，Θ为速率调整率，且满足k > 0，0< Θ < 1，i = 1,2,3,...,j = l,2,3,...〇8. 根据权利要求1至7任一项所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，在所述 估计值获取步骤中，采用基于最小二乘的多项式拟合方法对上切换值检测值与升压速率或 下切换值检测值与降压速率的关系进行拟合估计，并将升压速率或降压速率为零时对应的 切换值估计值作为上切换值估计值或下切换值估计值。9. 根据权利要求1至8任一项所述的检测压力开关切换值的方法，其特征在于，在所述 初始值获取步骤中，W较快的升压速率或降压速率改变所述压力管路内的压力，直到检测 出所述压力开关的通断状态发生切换，获取所述压力开关状态切换时的压力值作为上切换 值初始值Ri或下切换值初始值Fi，将所述压力开关状态切换时的升压速率或降压速率作为 升压速率初始值Vli或降压速率初始值V2i。10. -种检测压力开关切换值的装置，包括压力发生器、压力传感器和压力管路，通过 压力管路将压力发生器、压力传感器与所述压力开关连通，通过压力发生器来调整所述压 力管路内的压力大小而使所述压力开关的通断状态发生切换，其特征在于，还包括初始值 获取单元、检测值获取单元、估计值获取单元和判断单元，其中： 初始值获取单元，控制所述压力发生器改变压力管路内的压力，获取所述压力开关在 升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值初始值RoW及对应的升压速率作为升压速 率初始值V10,或降压过程中压力开关状态切换时的压力值作为下切换值初始值FoW及对应 的降压速率作为降压速率初始值V20; 检测值获取单元，控制所述压力发生器改变压力管路内的压力，获取所述压力开关在 升压过程中状态切换时的压力值作为上切换值检测值RiW及对应的升压速率VII，或在降压 过程中状态切换时的压力值作为下切换值检测值Fi W及对应的降压速率V21，其中，i = 1，2， 3 · · ·; 估计值获取单元，接收所述检测值获取单元获取的数据值，将最近两次或两次W上获 取到的包括上切换值初始值在内的上切换值检测值或包括下切换值初始值在内的下切换 值检测值进行拟合估计，获取所述压力开关的上切换值^估计值或下切换值估计值F，其 中，Γ二1,2,3...; 判断单元，接收所述估计值获取单元获取的数据值，将最近两次或两次W上获取到的 上切换值估计值或下切换值估计值中的最大值与最小值之间的差值与规定量S进行比较， 当所述差值大于或等于所述规定量即寸，使所述检测值获取单元进行下一次获取操作；当所 述差值小于所述规定量S时，将最近一次获取的所述上切换值估计值或下切换值估计值作 为所述压力开关的上切换值或下切换值。
【文档编号】G01R31/327GK105842616SQ201610202573
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】赵士春, 张春莹
【申请人】北京康斯特仪表科技股份有限公司