摘要：本文針對目前國内呼吸閥在線檢驗裝置中存在的正負壓連續校準自動化能力差等問題，詳細介紹呼吸閥檢驗過程中正負壓連續精密控制的解決方案，并詳細介紹其中的各種調節閥和控制器配置，由此可實現各種規格尺寸呼吸閥在連續正負壓條件下的全自動化檢驗。

呼吸閥是指既能保證密閉容器和貯罐空間在一定壓力範圍内與大氣隔絕、又能在超過或低于此壓力範圍時與大氣相通（呼吸）的一種閥門。其作用是防止容器和貯罐因超壓或真空導緻破壞，同時可減少貯液的蒸發損失。

呼吸閥作為石油、化工、燃氣行業常壓儲罐的重要附件，對安全生産及環保等都起着至關重要的作用，對運輸危險物品罐式車輛的年檢中對呼吸閥的檢驗也是其中重要一環，對于保有量大的呼吸閥在線檢測裝置及方法提出了越來越高的要求，需要免拆裝、方便、快捷、高效的呼吸閥在線檢測裝置及方法。目前在用的各種呼吸閥檢驗裝置還存在以下問題：

（1）現有方法中，一般都是現場安裝一塊壓力表，僅能在正壓條件下測量閥門的密封性能和正壓開啟值，無法确定閥門負壓開啟功能是否完好，這對于埋地油罐運行存在安全風險。

（2）為安全起見，呼吸閥的呼吸與洩放壓力範圍較小，如-30.0Kpa至 50Kpa，常規檢測裝置難以在高精度條件下完成檢驗和校準。

（3）呼吸閥的規格種類很多，口徑不一，通經範圍一般為DN20~DN300mm，現有的呼吸閥檢測校準裝置很難覆蓋如此寬泛的呼吸閥。

（4）目前已有的呼吸閥校驗裝置自動化水平較低，正負壓不能連續自動精密控制，很多裝置現場調壓依靠人的經驗，容易發生超壓，損壞設備，嚴重時對油罐的運行安全造成影響；此外，很多測試記錄依靠人工填寫，容易出錯，不利于歸檔保存。

本文将針對上述國内目前呼吸閥在線檢驗裝置中存在的問題，詳細介紹呼吸閥檢驗過程中正負壓連續精密控制的解決方案，并詳細介紹其中的各種調節閥和控制器配置，由此可實現各種規格尺寸呼吸閥在連續正負壓條件下的全自動化檢驗。

呼吸閥的檢驗校準原理是完全模拟呼吸閥的真空壓力使用工況，在呼吸閥的測量端口處準确模拟出相應的正壓和負壓，同時監測呼吸閥動作時所處的真空壓力值。多次重複此測試過程，由此來檢驗和校準呼吸閥。

為實現呼吸閥的全自動化檢驗，最好使正負壓的模拟變化是一連續精密可控的往返過程，如在-30.0Kpa至 50Kpa真空壓力範圍内，從負壓至正壓，再從正壓至負壓，如此自動循環往複，由此可得到呼吸閥重複性檢驗結果。另外，呼吸閥的檢驗裝置能滿足各種規格尺寸呼吸閥的檢驗需要和精度要求。根據此設計要求，本文提出的解決方案基本原理如圖1所示。

圖1 呼吸閥檢驗裝置正負壓控制系統原理示意圖

呼吸閥正負壓精密連續控制的基本原理具體内容為：

（1）控制原理基于密閉容器進氣和出氣的動态平衡法，這是一個典型的閉環控制回路。 PID控制器采集真空壓力傳感器信号并與設定值進行比較并調節進氣和抽氣調節閥的開度，最終使傳感器測量值與設定值相等而實現真空壓力的準确控制。

（2）控制回路分别配備了真空泵（負壓源）和氣源（正壓源），以提供足夠的低壓和高壓能力。

（3）為了覆蓋負壓到正壓的整個真空壓力範圍（如-30.0Kpa至 50Kpa），可以配置一個測試量程在要求範圍内的高精度絕對壓力傳感器，絕對壓力傳感器對應上述真空壓力範圍輸出數值從小到大的直流模拟信号（如0~10VDC）。此模拟信号輸入給PID控制器，由PID控制器調節進氣閥和排氣閥的開度而實現壓力精确控制。采用絕對壓力傳感器的優勢是不受當地大氣氣壓變化的影響，也不用采取氣壓修正，更能保證檢驗的準确性。

（4）當控制是從負壓到正壓進行變化時，一開始的進氣調節閥開度（進氣流量）要遠小于抽氣調節閥開度（抽氣流量），通過自動調節進出氣流量達到不同的平衡狀态來實現不同的負壓控制，最終進氣調節閥開度逐漸要遠大于抽氣調節閥開度，由此實現負壓到正壓範圍内一系列設定點或斜線的連續精密控制。對于從正壓到負壓的變化控制，上述過程正好相反。

本方案的具體實施内容如圖2所示，主要包括高壓氣源、電動針閥、密閉容器或管路、壓力傳感器、高精度PID控制器和真空泵或真空發生器幾個部分。

圖2 呼吸閥在線檢驗校準裝置正負壓控制系統結構示意圖

在圖2所示的控制系統中，密閉容器或管路可以直接采用現場容器和管理，也可以采用獨立的密閉容器或管路并安裝上被檢呼吸閥。獨立的密閉容器尺寸以滿足最大口徑呼吸閥為準，由此同時可用來進行其他小口徑呼吸閥的檢驗校準。

正負壓精密控制采用了兩個NCNV系列的電動針閥，此電動針閥本身就是正負壓兩用調節閥，其絕對真空壓力範圍為0.01Pa~0.7MPa，完全能滿足絕大多數呼吸閥的正負壓檢驗要求。

在圖2所示的控制系統中使用了兩個電動針閥來實現正負壓的連續調節和控制，可以從正壓到負壓的壓力線性變化控制，也可以從負壓到正壓的壓力線性變化控制。如果在真空壓力線性變化過程中，呼吸閥的反應動作都會在壓力控制曲線上産生突變而得到體現，由此可根據突變點位置自動判斷出呼吸閥是否滿足使用要求。

對于很多在用的呼吸閥，其工作壓力基本都在一個标準大氣壓附近。對于标準大氣壓附近的真空壓力精确控制，如控制精度為±1%甚至更小，一般都需要采用調節抽氣閥的雙向動态模式，即通過雙通道PID控制器，一個通道用來恒定進氣口處電動針閥的開度基本不變，另一個通道根據PID算法來調節排氣口處的電動針閥開度。

呼吸閥檢驗校準過程中的正負壓控制精度，主要由壓力傳感器、PID控制器和電動針閥的精度決定。其中的PID控制器采用的是24位AD和16位的DA，電動針閥則是高精度步進電機，因此此解決方案的測試精度主要取決于壓力傳感器精度。壓力傳感器可根據呼吸閥檢驗校準要求進行選擇。

對于呼吸閥的檢驗校準，要實現密閉容器内正負壓範圍内的多次往複變化，可以在PID控制器中進行程序設定，設定程度是一條從正壓到負壓（或負壓到正壓）的斜線以及重複次數，由此可實現正負壓往複變化的自動控制。

在本文所述的解決方案中，為實現正負壓的精密控制，如圖2所示，針對負壓的形成配置了真空泵。真空泵相當于一個負壓源，但采用真空發生器同樣可以達到負壓源的效果，因此圖2中也給出了真空發射器的具體配置。負壓源采用真空發生器的優點是整個系統隻需配備一個高壓氣源，減少了整個系統的造價、體積和重量，真空發生器連接高壓氣源即可達到相同的抽氣效果。

本文所述解決方案，完全可以實現呼吸閥檢驗校準過程中正負壓範圍内真空壓力的連續控制和往複交變控制，并且可以達到很高的控制精度和速度，全程完全自動化。

本方案除了正負壓的自動精密控制之外，另外一個特點是可以滿足多種規格尺寸呼吸閥的檢驗校準，真空壓力範圍也比較寬泛，整個系統小巧和集成化，便于形成便攜式在線檢驗裝置。

本文解決方案的技術成熟度很高，方案中所涉及的電動針閥和PID控制器，都是目前上海依陽實業有限公司特有的标準産品，其他的壓力傳感器、真空泵、真空發生器和高壓氣源等也是目前市場上常見的标準産品。

本文所述解決方案，同樣可以适用于各種管端式呼吸閥、管道式呼吸閥、單呼閥和單吸閥等多種形式呼吸閥和安全閥。

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