便携式安全阀在线校验仪的研制

间的相互压紧力 ， Ｆ为作用于安全阀阀瓣一个向上 的 △
附加拉力 。
航 空科学基 金 资助 项 目（ 编号 ： ０ Ｚ ５００ ２０Ｚ ５０ １ 。 ２ ８ Ｄ １６ 、０９ Ｄ １４ ） ０
修 改稿 收到 日期 ：０ Ｏ一 ５ １ ２ １ ０ 一ｌ 。 第一 作者秦 业 ， ， ８ 男 １ １年生 ， 为北 京航 空航 天 大学检 测技 术与 自 ９ 现
ｓ ｏ ａ ｈ ｎｓｒ ｍｅ ｔｆａｕ ｅ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ａ ｄ ｌｗ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐｉｎ，ｉ ｏ ｅｓｆｎ ｔｏ ｓｏ ａａ ｓ ａ ｎ ｌｅ ｉｌ ｐｅａｉｎａ ｄ ｅ ｅｃ ｒ ｈ ｗｎ ｔ ｔｔｅｉ ｔｕ ｎ ｅ ｔｒ ｓｈｉｈ ａ ｃ ｒｃ ｎ ｏ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔ ｈ ｏ ｔ ｆ ｒ ｕ ｃｉｎ ｆｄ ｔ ｈ ｒ ｇ，ｆ ｘｂｅ ｏ ｒ ｔ ｎ ａ ａ － ｉ ｏ ｓ
漏 的安 全 阀 ， 围 系 统 结 构 将 提 供 安 全 阀 密 封 件 间 径 外
则 除抵抗介 质作 用力 与 密封 件 间产 生 的相互 压 紧力 外， 弹簧预紧力还需 克服该 附加 拉力 。随着 附加 拉力
的增 加 ， 封 件 间 的 相 互 压 紧 力 将 逐 渐 减 小 。 当 压 紧 密 力 等 于 零 时 ， 全 阀密 封 完 全 丧 失 达 到 开 启 状 态 ， 时 安 此 介 质 作 用 力 与 附 加 拉 力 之 和 刚 好 克 服 弹 簧 预 紧力 ， ： 即 Ｆ ＝Ｐ Ｓ＋ Ｆ ｄ ０ △ 公式为 ：
便 携 式 安 全 阀在 线 校 验 仪 的研 制
Ｆｄ ＝Ｐ Ｓ （） １
秦
业， 等
２ １ 外 围结 构 ．
如 果 从 外 部 给 安 全 阀 阀瓣 一 个 向上 的 附加 力 △ Ｆ，
系统的外 围结构包 括机械 夹具 和液 压动力 单元 。 其中， 机械夹具 为附加外力提供稳定可靠的施力环境 ， 并保证 在线测 量时安全阀能正常工作 。液压动力单元 负责输 出高压液动力并转换成作用于 阀瓣 的向上驱动 外加力 ， 以便 完成开启 压力 的测 量。对 于 回座后 有泄
本文所研制 的仪器在传统安全 阀在线校验技术上
进行 了改进 ， 并使用优化 的嵌入式 系统设计方案 ， 在保
图 １中 ， 为弹簧预紧力 ，０ Ｐ 为安全 阀入 口压力 ， ｓ为介质作用在 阀瓣上 的有效 面积 为阀门密封件之
证 高安 全 、 低危 害的前提下 ， 大大 降低 了系统 的体积 。
便 携 式 安 全 阀在 线 校 验 仪 的 研 制
秦
业， 等
便 携 式 安全 阀在 线 校 验仪 的研 制
Ｒ ｆｔ ｅ Ｐ ｔｂｅ Ｏｎｉｅ Ｃａｉ ａ ｉ ｎ ｔｕ ＆Ｄ ｏ ｈ ｏｒ ｌ ｌ ｌ ｔ ａ ｎ ｂｒ ｏｎ Ｉｓｒ ｍｅｎ ｏｒＳａｅ ｙ Ｖａｖ ｓ ｔｆ ｆ ｔ ｌｅ
确性 ， 具有重要意义 …。 目前 ， 工业 应 用 的 安全 阀在 线 校 验 仪 器 大 多是 采用 特征点作 为安 全 阀开启 的判开 准则 。特征 点判
开 准则 需要 将 安 全 阀完 全 拉起 ， 而找 到 压 力 值 的 从
拐点作 为特 征点进 行分 析 。这种 方式 得到 的压 力值
后 ， 高增益带宽滤 波转换 为电压 信号 ， 其一方面通 经 则
过 Ａ Ｄ转 换 进 入 系 统 进 行 判 识 ， 一 方 面 通 过 耳 机 插 ／ 另
孔输 出音频 ， 以供 校验人 员人 工判识 。在音 频信 号突 变时， 系统通 过软件 或人 工判识记录下最大附加拉力 。 当现场环境 噪音太 大 ， 音频无 法判识时 ， 系统采用 触点探针代替音频进行测量 ， 即利 用触点探针 ， 以开关 量方式检测 阀瓣 的位 移变化 。当安 全阀处 于正 常闭合 状态时 ， 将探针与 阀体接触 ； 阀瓣 发 生微开启 时 ， 当 探 针与 阀体断开 ， 阀瓣 闭合或开 启 的状态 以开关 量 的形
ｍｉｒ ｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｃｏ ｍｏｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｒｐ ｓ ｄ．Ｔｈ ｏ ｒｓ ｏ ｄ ｎ ｒｓｕ ｅ ｃ ｌｂ ａｉｎ ｓ ｓｅ ｈ ｓｂ ｅ ｃ ｏ ｌ ｈ ｄ． Ｉ ｎ ｉｅ ｒｎ ｐ ｌ ａｉｎ。ｉ ｓ ｏ ｅ ｃ ｒｅｐ ｎ ｉ ｇ ｐｅ ｓ ｒ ａｉｒｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ａ ｃ ｍｐｉ ｅ ｓ ｎ ｅ ｇｎ ｅ ｇ ａ ｐｉ ｔ ｉ ｃ ｏ ｔｉ
实 际上是介 于 开 启 压力 与 排 放压 力 之 间 的值 ， 开 与
启 压力 的定 义 相 比有较 大 的 误 差 ， 阀瓣 开 启 量过 而
大， 也会对 安全 阀寿 命 产生 影 响 并 造成 较 大 的气体
泄漏量 。
图 １ 安 全 阀 结 构 示 意 图
Ｆ ｇ １ Ｓ ｒ ｃｕ ａ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｈ ａｅｙ ｖ ｌｅ ｉ ． ｔ ｔ ｒｌ ｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｓ ｆ ｔ ａｖ ｕ ｔ
ｎ ， 根据式 （ ） 得 ： ％ 则 ３可
ｐ 一
垒 二 垒
ｒ、
、 Ｊ
铁电存储器 ｌ Ｉ时钟芯片
△ ２一（ Ｆ １＋０ △Ｆ ） ｌ
由此 可 以得 出 ， 当安 全 阀 内外 径 未 知 时 ， 过 在 不 通
同的弹簧预 紧力或入 口压力下分次对开启 时的附加拉 力进行测量 ， 也可 以精确计算 出安全 阀的开启压力 。
ｒｉ ｇ，ｔ ｕ ｉ ａｉ ａｏ ｏ ｓｓｅ ｇ ｅ ａｕ ｏ ｒｍｏｉｎ ｙｎ ｈ ｓｔ ｓｃ ｌ ｈ ｂｒｔｒｐ ｓｅ ｓｓｈｉｈ ｒｖ ｅ ｆｒｐｏ ｔ ． ｌ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： Ｓ ｅｙ ｖ ｌｅ Ｏｎｉｅ ｃ ｉｒｔｏ Ａｃ ｕ ａ ｙ Ｍ ＣＵ Ｅｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ ｆ ａ ｔ ａｖ ｌ ａ ｂ ａｉｎ ｎ ｌ ｃ ｒｃ ｅ ｄ ｄ ｓ ｓｅ
式 发 送 至 系 统 ， 统 则 自动 记 录断 开 前 的最 大 压 力 ， 系 从
改变弹簧预紧力 或入 口压力 尸 来设定 两组测 量条 ｎ
件 ， 而 通 过 两 组测 量 结果 推 出 安全 阀 的 开 启 压 力 。 从 在 进行 反 推法 测 量 时 ， 两 组 测 量 时 安 全 阀入 口 设 压 力 分 别 为 Ｐ。 Ｐ 阀瓣 开 启 时 的 附 加 拉 力 分 别 为 。 和 ∞， △ 和 △ 由式 （ ） 得 ： Ｆ， ３可
音频振 荡。此 时 ， 阀瓣 、 阀杆与联接螺母作为导波介质 将音频 信号传 人吸附在 阀体上 的拾 音探 头 ， 接人 系统
由式 （ ） 知 ， 定 安 全 阀 开 启 时 的 附 加 力 △ １可 测 、 安 全 阀人 口压 力 Ｐ 以 及 介 质 作 用 在 阀瓣 上 的 有 效 面 积 Ｓ 就可 以计 算 出安 全 阀 的 开启 压力 Ｐ 。 ， 在 实 际 工 程 中 ， 加 力 △ 可 以 通 过 系 统 直 接 测 附 Ｆ 出 ， 当 安 全 阀 内外径 未 知 时 ， 法 通 过 在 线 测 量 的 方 而 无 法 得 到 介 质 作 用 在 阀瓣 上 的 有 效 面 积 。 因 此 ， 统 在 系 设 计 时 加 入 了反 推 法 和 旋 转 百 分 比 法 ， 测 量 时 通 过 在
黍 业 袁 洛 支
（ 京航 空航 天 大 学 自动化科 学与 电气工程 学 院， 北 北京 摘 １０９ ） ０ １１
要 ：目前 ， 安全 阀在线 校验 系统 普遍存 在精 度低 、 安全性 和便 携性 差等 缺点 。提 出 了 以 Ｓ Ｃ ２ ５ Ｔ １Ｃ Ａ单 片 机 为核 心 ， 于 阀瓣 微动 基
技 术 的便携式 安全 阀 自动校验 仪 的设计方 案 ， 完成 了对 该压 力 校准 系统 的研 制 。工 程应 用 表 明 ， 并 该仪 器 具 有精 度 高 、 耗低 等特 功 点， 能实 现数 据共享 ， 操作 灵活 ， 于携带 ， 易 在行 业 中具 有很 高 的推广价 值 。
关 键词 ：安全 阀 在线 校验 精度 单 片机 嵌入 式系统
４ｍ 之 内， ｍ 同时撤除外加力 ， 从而保证 系统 的安全性 。
２２ 硬 件 结 构 ． 系统 的 硬 件结 构 如 图 ２ 示 。 所
埘 Ｉ 探针开关 ｌ
在使用旋转百分 比法进行 测量 时 ， 过旋转 弹簧 通 螺母来改变弹簧预紧力 。由于在 弹簧弹性 范 围内 ， 其预紧力随其压缩距离呈线性变化 ， 因此 ， 可设螺母每 旋转 一 圈 ， 增 大 ｏ ， ％ 由式 （ ） 知 ， 同样 增 大 １可 Ｐ
ＡＦ１ ２－ ＡＦ２ ｌ Ｐｏ Ｐｏ Ｐ ： — △ ’ ｌ 一 △ ’ ２
—
而避免 了阀瓣开启后压力突变 引起 的误差 。 当外加力达到一定程度 ， 阀瓣微动开启后 ， 围 使 外
机 构 通 过 限 位 一 关 器 将 阀 瓣 的 抖 动 距 离 限 定 在 ３～ 强
ｒ ４、 、
Ａ Ｆ
（） ２
向截流 的附加 力。 在进行在 线校验 时 ， 由于外加力不断增大 ， 阀瓣 在
发 生微 开启 的 瞬 间 ， 烈 高强
由式 （ ）式 （ ） 以得 到安全 阀在线定 压的基本 １ 、 ２可
Ｐ＝ 。 等 Ｐ＋
ｏ
（） ３
随着介质压力的提 高 ， 密封件 间的相互压 紧力亦 随之减小。当介 质压力 达到开启压力 Ｐ 时 ， 相互压 紧
力．等于零 ， 厂 则安全阀开启 ， 此时满 足 ：
动化 装置 专业在 读博 士研 究 生 ； 主要从 事嵌 入式检 测 系统 方面 的研 究。
７ ０
ＰＲＯＣＥＳ Ｓ ＡＵＴ ＯＭ ＡＴＩ ＯＮ ＮＳ Ｉ ＴＲＵＭ Ｅ ＮＴＡＴＩ ＯＮ Ｌ３ ． ａ ０１ Ｖｏ ２ Ｎｏ ５ Ｍ ｙ２ １
阀 ， 向下作用于 阀瓣 的弹簧预紧力 ， 其 一部分用来抵抗 介 质作用 力 ， 另一部分 产生 阀门密 封件之 间 的相互 压 紧力。该力足 以使安全 阀保持密封状态 。典型 的安全 阀结构示意如 图 １ 所示 。
其在诸如石化 、 电力 、 化工等现代 化连续 生产 的流程工 业 中， 研究如何提高安全阀在线调校技术 的安全性 、 准
０ 引言
安全 阀在线校验技术是在安全 阀与泄压阀领域内 新发展起来的一项专业化技术 。由于在线监测 和整定 安全 阀开启压力时无需要求装置停车 ， 生产照常进 行 ， 因此 ， 该技术在工业 生产 中具有很 强 的实际意 义。尤
１ 系统 的校验 原理
对 于一个处 于关 闭状态且正常运行 的弹簧式安全
中图分 类号 ：Ｔ ２ ６＋． Ｐ１ １ 文献标 志码 ：Ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｔｐｅ ｅ ｔ ｎｏ ｌｎ ａｉｒｔｏ ｙ ｔｍ ｆｔｅｓ ｆｔ ａｖ ｓ ｈ ｅ ｒｔ ｆｌｗ ａ ｃ ｒ ｃ ｓｒ ｃ ： ｒｓ ｎ －ｉ ｎｉ ｅｃ ｂ ａｉｎｓ ｓｅ ｏ ａｅｙ ｖ ｌｅ ，ｔ ｅｄ ｍｅｉｓｏ ｃ ｕａ ｙ，ｌｗ ａｅｙ－ａ ｄｎ ｔｉ ｏｔｂｅ ｅ ｉｔｇ ｎ－ ｌ ｈ ｏ ｏ ｓｆｔ ｎ ｏ ｎ ｐ ｒ ｌ ｘｓ ｅ ａ ｅａ ｙ．Ａｉ ｎ ｔｔｉ ｈ ｅ ｉｎｓ ｈ ｍｅ ｏ ｅｐｏｔｂｅ ａ ｔｍａｉ ａｉｒｔｒｗｉ ｈ ＴＣ１ ｒＵ ｍｉｇ ａ ｈｓ－ｔｅ ｄ ｓｇ ｃ ｅ ｆｔ ｒａ ｌ ｕ ｏ ｔ ｃ ｌｂ ａｏ ｔ ｔｅ Ｓ ｈ ｃ ｈ ２Ｃ５ ＭＣＵ ｓ ｔｅ ｃ ｒ Ａ ａ ｈ ｏｅ－ａ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ａｖ ｉｃ ｎ ａ ｅ ｎ ｖ ｌｅ ｄ ｓ