一種高壓氣體介質壓力表檢定臺的改進
針對某型高壓氣體介質壓力儀表校驗臺使用中的問題進行討論，結合壓力計量實驗室的實際工作需 要，對高壓氣體介質壓力儀表校驗臺的驅動供氣單元進行功能改進，以提高高壓氣體介質壓力表校驗臺使用效 率；同時為高效經濟的使用壓縮氣體，設計制作出高壓氣體回收再利用裝置，以充分節省計量檢定工作成本，提 高壓力計量工作的效益。
0.引言
隨著壓力計量技術的發展，在壓力儀表的檢定工 作中，采用安全氣體作為工作介質的檢定臺獲得廣泛 應用，其最大優點是能有效避免儀表檢定過程中檢定 工作介質對儀表引壓腔產生的二次污染。因此，當檢 定一些用于特殊場合和特殊工作條件下（如禁油）的 壓力儀表時，使用該類檢定臺能顯著提高檢定工作 效率。
文中所討論的高壓氣體介質壓力儀表校驗臺（下文 均簡稱氣檢臺）是一種以鋼瓶灌裝的高壓空氣或氮氣 (壓力范圍為5 ~15 MPa)作為其驅動供氣和低壓供氣 的氣源，經增壓泵二次增壓（最高氣壓可達到70 MPa 左右），用于檢定測量上限達60 MPa的壓力儀表的專 用設備。但在氣檢臺的使用過程中，發現氣檢臺明顯 存在一些影響其連續性及使用效率方面的不足，對此， 本文將針對氣檢臺使用中的具體問題進行討論并提出 相應解決措施，以提高計量檢定工作效率和氣檢臺的 使用效益。
1.氣檢臺的組成原理及存在的問題
1.1氣檢臺的組成及原理
氣檢臺由鋼瓶、增壓泵、壓力控制器、儀表安裝 臺等單元部件組成。其中，鋼瓶用于貯存一定壓力值 的壓縮氣體，并分別提供驅動和低壓供氣兩部分的氣 源；增壓泵用于將較低壓力（壓力范圍為5~15 MPa) 的氣體進一步增壓至60 MPa左右；壓力控制器用于控制高壓氣體的使用過程；儀表安裝臺是檢定壓力儀表 的工裝設備，用于安裝、固定壓力儀表等。其基本結 構組成及原理如圖1所示，圖中管路中箭頭表示工作 氣體的流動方向.
氣檢臺的工作過程主要是首先根據需要，通過減 壓閥設置好驅動增壓泵運行的驅動氣壓（壓力值范圍為 0.4 ~ 0.8 MPa),然后通過低壓供氣鋼瓶為增壓泵的 高壓端提供初始氣源（壓力值范圍為5 -15 MPa)；再 通過壓力控制器設置增壓后輸出壓力的最大值，當增 壓達到設置值后，增壓泵自動停止運行；此時壓力控 制器能夠控制高壓氣體的使用過程。
1.2氣檢臺使用中存在的問題
在氣檢臺的使用過程中，存在一個突出問題，即 驅動供氣和低壓供氣消耗量不平衡，具體表現為驅動 供氣工作過程的氣體消耗量特別大，而低壓供氣運行 的氣體消耗量相對較少。此問題嚴重制約了氣檢臺工 作的連續性，使得檢定工作中需要頻繁為鋼瓶充裝壓 縮氣體，在影響壓力儀表檢定工作的同時也增加了檢 定工作的經濟成本。
在氣檢臺的使用過程中，存在的另一個問題是經 增壓泵增壓后的高壓氣體，在完成儀表檢定過程后被 直接排放掉的工作模式，這是對壓縮氣體的一種粗放利用，一定程度上是對能源的浪費。據有資料統計， 我國空氣壓縮機的能耗占全國工業能耗的8.7%,而由 壓縮空氣應用系統的末端設備不合理用氣等問題導致 的浪費則高達40%。
2.氣檢臺的改進
針對上文中指出的氣檢臺使用中存在兩個方面的 問題，結合氣動控制技術的應用，對氣檢臺的驅動供 氣單元進行了適當的技術改進，并在氣檢臺的末端增 設氣體回收利用裝置，從而實現在循環使用高壓壓縮 氣體的同時，提高氣檢臺的使用效率，節省計量工作 的成本。
2.1氣檢臺改進的技術要求
為保證氣檢臺改進后能夠安全可靠運行，實施改 進時必須滿足以下兩個方面的技術要求：
1)安全性要求。氣檢臺的工作介質為壓縮氣體， 并且壓力值相對較高，因此對系統的改進必須首先考 慮操作使用人員和設備的安全問題。氣檢臺的低壓供 氣和高壓輸出管路均要采用高壓金屬軟管，驅動供氣 的管路采用銅管或耐壓大于2 MPa的塑料軟管或金屬 管，且空氣過濾器、單向閥和儲氣罐的耐壓安全系數 應不小于1. 5。
2)氣體潔凈度要求。一般來講，自由空氣經過普 通小型的空氣壓縮機排出后，其中必然含有一定量的 水蒸氣、油氣和其它較小的固形物，為防止這些雜質 隨同壓縮氣體進入增壓泵或壓力控制器內，造成對增 壓泵或壓力控制器內的精密結構件的污染并引起銹蝕 而損壞，壓縮氣體進入儲氣罐之前必須進行除濕、除 油和除塵這些過濾環節，以達到對壓縮氣體凈化處理 的目的。同時，高壓氣體回收過程中也必須進行過濾 除塵1。
2.2驅動供氣裝置的改進
考慮到驅動供氣單元運行所需要的氣源壓力比較 低（<1MPa),而一般通用小型空氣壓縮機的輸出壓力 即可以滿足要求，因此選用適當排量的小型空氣壓縮 機與鋼瓶進行組合，以實現驅動供氣的不間斷供應。 根據對氣檢臺改進的技術要求，對驅動供氣單元按照 下面的方法進行。其基本結構框圖如圖2所示，其中 實線箭頭表示氣體管路及其流向，與電接點壓力表連 接的虛線表示空氣壓縮機的部分控制電路，虛線框內 為改進的驅動供氣部件組合。
改進后的氣檢臺將原來的驅動供氣鋼瓶與空氣壓 縮機配合安裝，其儲氣容積可以達到40 L以上，儲氣壓力設置為1.2 MPa;在儲氣罐上增設有三個接口，一 個接口連接單向閥和空氣凈化器至空氣壓縮機的輸出 口，以將空氣壓縮機產生的壓縮氣體導入儲氣罐；一 個接口用于安設一塊電接點式壓力表；另一個用于安 裝安全閥。
空氣壓縮機的作用是將自由空氣進行壓縮并產生 壓縮氣體；空氣凈化器的作用是對壓縮氣體進行除濕、 除油和除塵，使壓縮空氣能滿足增壓泵的使用要求； 單向閥1的作用是保證壓縮氣體只能由空氣凈化器流 向儲氣罐的方向單向流通，而不能反向流通；電接點 壓力表則用于設置并控制儲氣罐內氣體的壓力值在 0.8 ~ 1.2 MPa之間。當氣體壓力達到設定值上限時, 即反饋控制電信號至空氣壓縮機，在這一電信號的作 用下，空氣壓縮機將停止運行；當由于增壓泵的運行 消耗，儲氣罐中氣體壓力下降至設定值下限時，則電 接點壓力表反饋的控制信號將再次啟動空氣壓縮機運 行，并自動為儲氣罐供氣、加壓，從而使儲氣罐內氣 體壓力和容量能保持相對穩定，以確保增壓泵的穩定 運行3。
2.3高壓氣體回收利用方法及裝置
氣檢臺主要用于檢定測量上限在25 MPa以上的氣 壓或有特殊潔凈要求的壓力儀表。其工作管路末端的 氣壓多數在10 MPa以上，當前這些高壓氣體在檢定工 作結束后都是直接被排放至大氣中。而從前文知道， 氣檢臺的增壓驅動單元工作時，通常僅需要壓力值為 0. 6 MPa左右的氣體。因此為提高計量設備的使用效 率和降低計量工作的成本，對氣檢臺的管路結構進行 適當改進，并設計制作了專門的高壓氣體回收利用裝 置，實現將檢測過程中的高壓氣體進行回收并供給驅 動單元再利用的目標。具體的高壓氣體回收再利用裝 置的結構組成及原理如圖3所示，其中實線代表壓力 管路，虛線代表電氣控制線路。
圖3中，泄壓閥是針對儀表檢定過程泄壓操作設 置，通過該閥完成儀表回檢過程；單向閥用于控制氣 體單向流通；過濾器用于將回收氣體中可能存在的固 體污染物進行清除；氣電轉換器用于設置回收氣體的 最高壓力值，并用于檢測儲罐內氣壓并控制電磁閥的 通斷；手控開關用于人工開啟或關閉電磁閥；電磁閥 用于排放檢定工作氣體通路中殘余的低壓氣體，以保 證壓力儀表檢定過程結束后，檢定造壓局部空間及壓 力管路能夠完全泄壓至零值H。
該裝置的工作過程是當壓力儀表進行回程檢定時， 通過打開泄壓閥使排出的部分氣體控制壓力下降，使 排出的高壓氣體通過單向閥、過濾器及單向閥2 (見圖 1中）進入儲氣罐；當氣電轉換器檢測到儲氣罐內氣壓 達到預設值時，即驅動繼電器啟動并開啟電磁閥，此 時，從泄壓閥排出的氣體將直接經電磁閥排入大氣； 當儲氣罐內氣體未達到預設值，而壓力儀表回程檢定 將進行完成時，排出的氣體壓力不足以開啟單向閥進 入儲氣罐時，可以通過手控開關開啟電磁閥，以將壓 力儀表檢定過程中的剩余氣體全部排放。
3.結論
從改進后的氣檢臺使用效果來看，驅動增壓泵運 行所需的低壓氣體不再受制于鋼瓶的容量限制，其連 續工作時間明顯提高；而通過對高壓氣體實施回收再 利用的途徑，顯著減少了空氣壓縮機的運行時間，有 效控制了實驗室內噪音環境。
此外，文中提出的高壓氣體回收利用方法，從節 能、降耗，節約計量工作經濟成本的角度來考量具有 較好的經濟價值。
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