萬旺軍，陳 文，韓 晶，王廣宇

（浙江出入境檢驗檢疫局 包裝檢測實驗室，浙江 杭州311208）

0 引 言

小型壓力容器耐壓性能測試是一種超過正常操作壓力的壓力檢查方法，分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，其最終目的是檢驗容器的整體強度和可靠性，試驗結(jié)果的準確與否直接關系到裝運貨物的安全運輸［1-2］.目前國內(nèi)尚無針對此類產(chǎn)品耐壓性能測試的定型設備.現(xiàn)行出口25L以下小型壓力容器耐壓性能測試標準均以聯(lián)合國《關于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書·試驗和標準手冊》［3］為基準，按照檢驗檢疫行業(yè)標準SN／T 0370.2—2009《出口危險貨物包裝檢驗規(guī)程 第2部分：性能檢驗》［4］、SN 0324—1994《海運出口危險貨物小型氣體容器包裝檢驗規(guī)程》［5］、SN／T 1180—2003《進出口噴霧罐安全檢驗規(guī)程》［6］等測試要求進行.為滿足我國對出口小型壓力容器法定性能檢驗工作的需要，國內(nèi)部分檢測機構(gòu)根據(jù)各自對檢測標準的理解，自行試制了各類小型壓力容器耐壓測試設備，但均沒有形成規(guī)范定型產(chǎn)品［7-9］，這些設備還不同程度地存在著安全系數(shù)低、操作復雜、易受人為因素影響等弊端.

隨著近年來我國出口25L以下小型壓力容器數(shù)量的不斷增長，其所涉及的安全運輸特性也日益顯現(xiàn)［10］，因此如何安全、準確地對出口小型壓力容器進行耐壓測試，完善現(xiàn)有的檢測裝置顯得尤為重要.本研究依據(jù)出口小型壓力容器測試標準的要求，運用氣液聯(lián)動和壓力傳感技術，研制了一種適用于多種規(guī)格型號小型壓力容器，實現(xiàn)了對25L以下小型壓力容器耐壓性能的綜合檢測，既能測試其液壓又能測試氣壓，為提升我國小型壓力容器產(chǎn)品出口質(zhì)量提供了技術支撐.

1 結(jié)構(gòu)及組成

1.1 總體設計方案

在對25L以下小型壓力容器各項性能指標進行充分測試研究的基礎上，完成了對小型壓力容器耐壓測試裝置總體結(jié)構(gòu)的設計.首先運用空氣壓縮機對試驗用水進行充氣擠壓，同時通過電磁閥、減壓閥對注入氣壓進行有效控制，相應壓力在外置壓力表上能夠得到實時顯示；測試完成后通過高壓電磁閥和壓力變送器進行泄壓，保證了整個測試過程的安全操作.

耐壓測試裝置由控制部分和執(zhí)行部分組成.其中控制部分由帶觸摸功能的電腦加上西門子組態(tài)軟件WCC6.0，PLC采用西門子S7-200CPU加上S7-200模擬量模塊組成；執(zhí)行部分由電磁閥、氣體增壓泵、氣驅(qū)液增壓泵、安全閥、儲能器、壓力傳感器、卸壓閥、回流水箱等組成.耐壓測試裝置的總體結(jié)構(gòu)和電氣線路如圖1，2所示.

圖1 耐壓測試裝置總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall structure diagram of the withstand voltage tester

1.2 主要元器件

1.2.1 S7-200CPU繼電器 S7-200系列繼電器是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLCs），它能夠控制各種設備以滿足自動化操作需要.本研究中使用了一種CPU 222AC／DC繼電器，包括8點輸入和6點輸出，220VAC供電輸入（供電范圍為85～264VAC，頻率范圍為47～63Hz），可應用于各種復雜的操作環(huán)境，輸出直流24V，其最大電流為180mA，可接多個傳感器，其范圍為20.4～28.8VDC.

1.2.2 壓力傳感器 所用壓力傳感器選用國際知名品牌施耐德XMLG系列產(chǎn)品，采用陶瓷壓力測量單元，其壓力范圍為0～98N，其額定功用電壓為24VDC（范圍在8～33VDC）、信號為4～20mA、2線制，其信號及接線方式采用最為普遍的方式.

1.2.3 WCC6.0組態(tài)軟件 WCC軟件是西門子工業(yè)軟件系列產(chǎn)品，也是目前組態(tài)軟件中比較常用的軟件，功能強大，主要有過程監(jiān)控、與PLC通訊、標準接口、編程接口、報表設計、變量記錄、實時曲線、報警存檔等.其控制點數(shù)由幾十點到數(shù)千點，可滿足各種大、小型系統(tǒng)的組態(tài).在該測試儀中，只采用了其中一部分功能，如過程控制、PLC通訊、實時曲線等.

圖2 耐壓檢測裝置的電氣線路圖Fig.2 The Blasting circuit diagram of the withstand voltage tester

2 測試內(nèi)容及結(jié)果

對該測試裝置的檢測操作完全由西門子WCC6.0的組態(tài)軟件來控制實現(xiàn).檢測啟動后，由S7-200CPU發(fā)出指令，模擬量模塊采集壓力傳感器的信號，通過設定壓力與實際壓力比較值去控制操作電磁閥.該設備人機操作界面主要有測試動態(tài)平臺畫面、氣密曲線畫面、液液曲線畫面、參數(shù)設置畫面及歡迎和退出畫面組成.

氣密測試時，氣密控制系統(tǒng)由進氣電磁閥、氣體增壓泵、安全閥、出氣電磁閥、壓力傳感器及輸出模擬罐等組成；液壓測試時，液壓控制系統(tǒng)則由進氣電磁閥、氣驅(qū)液增壓泵、溢流閥、蓄能罐、水箱、出水電磁閥、壓力傳感器等組成.液壓管路與氣密管路區(qū)別在于氣密管路用氣壓驅(qū)動氣體增壓泵，以產(chǎn)生氣體；而液壓管路則是用氣體驅(qū)動氣驅(qū)液增壓泵，在泵中輸出的是液體（如水），見圖3.

2.1 氣密或液壓檢測

操作時只能選擇其中一種測試方式：選擇氣密測試時，操作氣密啟動按鈕，當壓力達到設定的壓力后，開始按氣密時間保壓，保壓時間達到后自動停止，若想提前手動完成，則按氣密停止按鈕.選擇液壓測試時，操作液壓啟動按鈕，當壓力達到設定的壓力后，開始按液壓時間保壓，保壓時間達到后自動停止，若想提前手動完成，則按液壓停止按鈕.

2.2 卸壓操作

當測試完成之后，在氣體增壓泵或氣驅(qū)液增壓泵與出口電磁閥之間以及出口電磁閥與測試物品之間存在一定的壓力，為了保證下一次測試時氣體增壓泵或氣驅(qū)液增壓泵與出口電磁閥及測試物品之間壓力歸零，在程序中也設置了自動卸壓功能，即當保壓結(jié)束后，卸壓閥打開，將出口閥與測試樣品之間壓力卸去.這也可通過手動按下氣密按鈕或液壓按鈕后再按該按鈕釋放壓力.

2.3 傳感器故障檢測

若在測試操作時，如果發(fā)生壓力傳感器失效，無法得知準確壓力將是一件比較危險的事情，所以測試軟件中設置了傳感器故障檢測功能，即當壓力傳感器出現(xiàn)故障時，測試軟件界面中相應字體將自動變?yōu)榧t色并報警，提醒操作人員注意安全，按下緊急故障按鈕.

2.4 測試結(jié)果

在設備樣機研制完成后，應用該裝置對10組試驗樣品——小型氣體噴霧罐（口徑1.5cm，直徑6cm）進行測試，并與傳統(tǒng)測試設備（ABT-200爆破試驗機）進行分析比較，從而驗證該裝置的測試效果.由于ABT-200爆破實驗機只有液壓測試功能，因此僅是對液壓測試進行了比對，見表1.從表1可知，液壓測試偏差基本在-1.79%～1.04%之間.

經(jīng)浙江省計量科學研究院驗證測試，產(chǎn)品性能符合小型壓力容器測試標準要求.同時，該裝置操作過程由軟件實時控制，操作簡便，當發(fā)生壓力超標或者卸壓不完全時，都會自動識別并報警，保證了操作人員的安全.該檢測裝置具有以下特點：

圖3 測試平臺流程圖Fig.3 The flow-process diagram of the testing bench

（1）采用氣、液連動的方式，且有自動轉(zhuǎn)換、自動加壓和自動報警等功能，實現(xiàn)了對小型壓力容器耐壓性能的綜合測試.該裝置的氣源是由高壓氣泵經(jīng)多級穩(wěn)壓形成，并通過相應控制系統(tǒng)給小型壓力容器加壓，能夠保證測試過程的操作人員安全和氣壓穩(wěn)定.

（2）應用壓力傳感裝置，便于進行電腦數(shù)據(jù)處理，提高檢驗效率和質(zhì)量.同時被測樣品的耐壓強度能夠?qū)崟r顯示.

（3）測試結(jié)果的穩(wěn)定性較好，精度達到±2%.

表1 驗證測試結(jié)果Table 1 The result of verification testing

3 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國內(nèi)外對小型壓力容器的需求量日益俱增，其快速安全檢測已成為亟待解決的課題之一，為此本文所研發(fā)的小型壓力容器耐壓檢測裝置具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，能夠滿足對25L以下小型壓力容器的綜合耐壓性能（氣密、液壓）的檢測.

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［6］ 中華人民共和國江蘇出入境檢驗檢疫局.SN／T 1180—2003.檢驗檢疫行業(yè)標準-進出口噴霧罐安全檢驗規(guī)程［S］.北京：中國標準出版社，2003.The People′s Republic of China Jiangsu Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau.SN／T 1180—2003.Inspection and quarantine standards-rules for the inspection of import and export of spray tank［S］.Beijing：China Standard Press，2003.

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