スマートデジタル圧力校正器の圧力コントローラー検定への応用

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著者：崔尧尧、孫搏（天津市計量監督検査科学研究院；天津市自転車研究院）本記事の転載にあたっては、著者の著作権を明記してください。 要約：圧力コントローラの検定において、従来の検定方法ではデータの正確な記録が困難である。一方、スマートデジタル圧力校正器を使用すれば、スイッチのオン・オフ時の瞬間的な圧力値を自動的に記録できるため、圧力コントローラの検定に活用することができる。適用効果から見ると、スマートチェッカーを使用して得られたデータは全体的に小さく、切り替え差は0.06～0.08MPaの間であり、変動も比較的小さい。コントローラーの検定には2～3分しかかからず、測定不確かさの評価結果はp=0.695MPa、U=0.002MPa、k=2となり、圧力コントローラーの検定に求められる精度要件を満たすことができる。媒体圧力信号の検出、表示、制御などの面において、圧力コントローラーはシステムが正常に動作することを保証する上で重要な役割を果たします。また、スマートデジタル圧力校正器を用いて圧力コントローラーを検定することで、装置の圧力表示誤差が校正され、それによって装置の機能が効果的に発揮される。 1 圧力コントローラーの検定要件　圧力コントローラーとは、圧力を専門的に制御する計器であり、入力圧力が設定値に達すると制御または警報を発するもので、圧力スイッチと呼ばれる。現段階では、圧力コントローラーには2種類あり、1つは機械式、もう1つは電子式です。その中で、機械式圧力コントローラーは、バネ管やダイアフラムなどを圧力検出素子として使用し、システム内の圧力が一定値を超えると自由端が変位し、接続された導管を介して制御スイッチに押し力を与える。要求に従って圧力コントローラーを検定する際には、その外観、絶縁強度、繰り返し誤差、制御範囲、設定値の偏差などを確認する必要があります。そのうち、制圧範囲の検定では、設定値を最大位置に調整し、そこからゼロからコンタクトが動作するまで増加させて、標準器上の圧力値を読み取ります。この数値が上限切替値となります。設定値を最小にし、その後ゆっくりとコンタクトが動作するまで下げることで、下の切り替え値を得ることができます。得られた数値によって、コントローラーが制圧範囲内にあるかどうかを判断できる。設定値の偏差に対しては、設定値を測定範囲の下限付近に置き、コントローラーが示す圧力が設定値に近づくまで圧力を上昇させる。その後、ゆっくりと圧力を上げて検出点に近づけ、動作が起こるまで待ち、この時の数値が上限切り替え値となる。逆の手順で、下の切り替え値を読み取ることができます。3回繰り返しサイクルすることで平均値を得られ、その後、設定値をコントローラの測定範囲上限付近にして上記の検定手順を繰り返す。検定方法について見ると、圧力コントローラーの場合、作業員は従来の検定方法を用いる必要があり、すなわちガスピストン式圧力計を標準源として使用し、圧力値を品質基準に達成させるのである。この種の圧力計は体積が大きく持ち運びに不便なため、現場テストでの使用は難しい。実際の検定過程において、作業員は圧力計の操作だけでなく、常に信号の変化にも注意を払い、圧力値が変動した際には迅速に記録を行う必要があるため、一定の困難が伴います。 2 スマートデジタル圧力校正器の圧力コントローラー検定への応用 2.1 応用方法 圧力コントローラーの検定において、スマートデジタル圧力校正器を実際に使用する場合は、それを標準器としても用いる必要がある。圧力校正器を使用して、J120圧力コントローラーの検定を行う。この検査器を使用する場合、許容される指示値の誤差は±0.05％です。また、媒体として空気を使用し、0.7～3.9 MPaの圧力で、精度が0.5％の圧力コントローラーを校正する必要があります。検査前には、検査装置と圧力コントローラーを接続する必要があります。測定範囲に応じて適切な圧力モジュールを選択し、モジュールの取り出し口を発生器に接続することで、漏れの問題を防ぎます。使用される圧力発生器の圧力範囲は－0.098 MPaから10MPaで、CST1002B型のデスクトップ型空気圧ポンプです。空気を圧力伝達媒体として使用し、圧力コントローラーの検定過程における加圧および減圧の要求を満たすことができます。検証器の測定範囲は0～4MPaで、SWおよびCOMモードの電気コネクタを選択できます。接続ケーブルを用いてコントローラーのN0端子とCOM端子を接続し、その後二重トリガーモードを選択します。検査器は標準圧力値を出力し、正のストロークでの圧力検定時には、ゼロポイントから始めてプレッシャーポンプを使って加圧し、接点が動作するまで行います。2.2 実用効果　検定結果から見ると、ゆっくりと圧力を上げていく過程で、接続端子のNOとCOMは切断される。そして、圧力が1.435 MPaに達すると、NOとCMOが接続される。圧力が1.428 MPaに低下すると、NOとCMOは切断され、スイッチング差は0.007MPaとなる。検定効果を確認するため、マルチメーターを用いてスイッチのオン・オフを監視し、同時に手動での計数による通常の検定も行う。表1に示すように、2つの検定方法の結果を比較したものである。表のデータからわかるように、スマートチェッカーを用いて測定した値は全体的に小さく、差は0.06～0.08 MPaの間で、変動も比較的小さい。一方、人手による検定方法では、切り替え差試験において圧力調整とデータ記録を同時に行う必要があるため、検定過程で圧力が絶えず上昇または低下し、作業員は信号が発せられる瞬間にタイムリーにデータを記録することができない。この要因の影響で、手動検定によって得られたデータは全体的に大きく、変動も大きく、切り替え差は0.15～0.18 MPaの間である。また、時間的な観点から見ると、手動検定方式では1回の検定に8～9分かかるが、スマートチェッカーを使用する場合は2～3分しかかからない。したがって、全体的に見ると、スマートデジタル圧力校正器を用いて圧力コントローラーの検定を行うことで、より正確な測定結果が得られるだけでなく、検定時間も短縮される。 http://www.sanchangyb.com/d/file/zs/js/2018-11-23/bc98ea77fa0e60fba0263a54eab270dc.jpg 表1 圧力コントローラーの2つの検定方法による結果の比較 2.3 測定不確かさ 実際に校正器を用いて圧力コントローラーを検定する際には、圧力表示値の誤差の補正過程を分析するだけでなく、表示値の測定不確かさも評価し、表示値の精度を決定する必要がある。具体的に測定を行う際には、Ps = PZ + Pxという測定用の数学モデルを用いる。ここで、Ps、PZ、Pxはそれぞれコントローラーの表示値、校正器の表示値、およびコントローラーの補正値であり、単位はすべてMPaである。指示値の再現性に起因する標準不確かさu1についても、評価を行う必要がある。実際の評価時には、A種の方法を用いて、規程の範囲内で圧力コントローラーの再現性を測定する必要がある。具体的には、0.7 MPaの設定値の位置で3回繰り返し測定を行うと、0.694 MPa、0.696 MPa、0.695 MPaという3つの数値が得られます。単回実験の基準によれば、s=( Pmax－Pmin )/Cn = 0.0011MPaであることが確定できる。ここで、PmaxとPminはそれぞれ3回の測定における校正器の最大値と最小値であり、Cnは極差係数で1.69である。これにより、u1 = s/ =0000 6 MPaであることがわかる。スマートデジタル圧力校正器を使用する場合、その精度も不確かさu2に影響を与えることになる。評定の過程において、計測器の許容される最大指示値誤差が±1MPa×0.05%＝±0.0005MPaであるため、a = 0.0005MPaとなり、また数値が均一に分布しているため、u2 = a/ = 0.00029MPaと求められる。3 結論 研究を通じて明らかになったのは、科学技術の発展に伴いインテリジェントなデジタル圧力校正器が誕生し、圧力コントローラの検定に使用することで、検定結果の精度を向上させるだけでなく、現場での自動化検定のニーズも満たすことができるという点である。実際に校正器を用いて圧力コントローラーを検定する際には、検定作業の効率と品質を向上させ、円滑な進行を確保するために、関連規定に従って操作を行う必要があります。