基于PPC4壓力控制器/校準(zhǔn)器的壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒鵬

摘 要：基于PPC4壓力控制器/控制器，以VB.NET為開發(fā)環(huán)境編寫軟件，配合數(shù)據(jù)庫及報(bào)表軟件，實(shí)現(xiàn)壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)，并通過合理實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)、證書及記錄自動(dòng)創(chuàng)建生成等功能。很大程度上提高了壓力傳感器檢定/校準(zhǔn)的工作效率以及準(zhǔn)確程度，簡(jiǎn)化了工作流程，降低了工作強(qiáng)度，保障了科研生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：VB.NET 自動(dòng)檢定/校準(zhǔn) 壓力傳感器

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（c）-0113-04

1 檢定原理及系統(tǒng)組成

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的傳感器之一。壓力傳感器是一種能感受壓力，并按照一定的規(guī)律將壓力轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)（一般為電信號(hào)）的器件或裝置，通常由壓力敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它可以用來監(jiān)測(cè)設(shè)備或環(huán)境的壓力參數(shù)。隨著近幾年我國(guó)航空工業(yè)的高速發(fā)展，壓力傳感器越來越多的出現(xiàn)在航空制造業(yè)各個(gè)試驗(yàn)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。作為一種信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，壓力傳感器的性能參數(shù)決定著輸出信號(hào)反映實(shí)際情況的準(zhǔn)確程度。壓力傳感器的檢定就是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，以實(shí)驗(yàn)方式對(duì)壓力傳感器的性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)， 看其是否符合技術(shù)要求。

壓力傳感器傳統(tǒng)的檢定過程，是由操作人員手動(dòng)操作設(shè)置到檢定壓力點(diǎn)，然后記下該壓力點(diǎn)下被測(cè)傳感器的輸出值。完成所有操作工作后再經(jīng)復(fù)雜運(yùn)算后給出檢定結(jié)果。這種人工檢測(cè)方式不僅效率低，而且容易出錯(cuò)，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。為了提高檢定效率、消除人為誤差，在此，我們?cè)O(shè)計(jì)完成一套壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)。

2 檢定原理及系統(tǒng)組成

2.1 檢定原理

按照J(rèn)JG 860-94《壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程》的要求，在考察完技術(shù)要求、確定好檢定條件、完成預(yù)熱預(yù)壓操作后，再開展壓力傳感器檢定工作中的較為復(fù)雜的示值檢定步驟：

（1） 選取m個(gè)檢定點(diǎn)，檢定過程按照檢定點(diǎn)進(jìn)行加壓、卸壓。

（2） 根據(jù)檢定點(diǎn)，自測(cè)量下限起，按規(guī)定選取的檢定點(diǎn)逐點(diǎn)平穩(wěn)的升高壓力至壓力傳感器的測(cè)量上限，并記錄與各檢定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的輸出值。

（3） 再由測(cè)量上限，按照檢定點(diǎn)倒序操作，并依次記錄與各檢定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的輸出值。

（4） 按照2、3操作過程，對(duì)傳感器進(jìn)行n次循環(huán)檢定，將得到的檢定點(diǎn)、輸出值記錄（檢定點(diǎn)個(gè)數(shù)m，循環(huán)次數(shù)n由壓力傳感器等級(jí)決定）

（5） 對(duì)檢定過程記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，可得壓力傳感器校準(zhǔn)曲線，即可得壓力傳感器的線性誤差、基本誤差、回程誤差、重復(fù)性誤差，以及工作直線。

計(jì)算過程如下。

（1） 校準(zhǔn)曲線的確定。

2.2 系統(tǒng)組成

依據(jù)PPC4壓力控制器自身硬件配置對(duì)其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。整個(gè)系統(tǒng)主要由PPC4壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)采集器、RS232通信纜線、壓力連接臺(tái)、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)組成。

系統(tǒng)組成如圖1所示。

計(jì)算機(jī)通過RS232接口與PPC4壓力控制器和Keithley2000數(shù)據(jù)采集器連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，控制PPC4壓力控制器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)壓力，作用在壓力連接臺(tái)上的被檢壓力傳感器，直流穩(wěn)壓電源給壓力傳感器提供激勵(lì)電壓，Keithley2000數(shù)據(jù)采集器采集標(biāo)準(zhǔn)壓力下被檢傳感器輸出的電信號(hào)，并上傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，并給出測(cè)量結(jié)果。

2.3 工裝設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器同時(shí)自動(dòng)測(cè)量，且考慮PPC4的帶載能力以及PPC4的控制能力設(shè)計(jì)了如下圖2工裝，這樣可以同時(shí)自動(dòng)檢定或校準(zhǔn)4個(gè)壓力傳感器，工作效率得到極大地提高。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)軟件以Microsoft visual studio為開發(fā)平臺(tái)，在VB.NET環(huán)境下進(jìn)行編寫，采用Microsoft Access作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過Grid++Report報(bào)表軟件制作證書、記錄模板。系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)，并自動(dòng)判定所檢壓力傳感器是否合格，能自動(dòng)生成并打印檢定證書及原始記錄。

軟件主要由初始化模塊、壓力控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊構(gòu)成，其流程圖如圖3所示。

（1） 初始化模塊。

該模塊主要用于系統(tǒng)開始階段進(jìn)行通信串口配置，同時(shí)提示用戶設(shè)定壓力傳感器的名稱、型號(hào)規(guī)格、廠家等被檢基本信息；設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)器、檢定環(huán)境等信息；設(shè)定檢定點(diǎn)信息，圖4為被檢基本信息界面。

（2） 壓力控制模塊。

主要根據(jù)PPC4技術(shù)協(xié)議提供的遠(yuǎn)程操作說明通過RS232串口控制PPC4，依據(jù)檢定規(guī)程中要求的檢定流程，在軟件中設(shè)定壓力檢定點(diǎn)進(jìn)行加壓、卸壓，為整個(gè)檢定過程提供標(biāo)準(zhǔn)壓力值。

（3） 數(shù)據(jù)采集模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊是通過數(shù)據(jù)采集器Keithley2000采集在檢壓力傳感器的電信號(hào)值，并通過RS232串口將采集到的信號(hào)值上傳到計(jì)算機(jī)中。

（4） 數(shù)據(jù)處理模塊。

軟件根據(jù)采集存儲(chǔ)的被檢傳感器各檢定點(diǎn)的信號(hào)值，通過嵌入程序內(nèi)部的算法自動(dòng)計(jì)算完成基本誤差、線性誤差、重復(fù)性誤差、回程誤差、工作的計(jì)算，并調(diào)用報(bào)表軟件顯示可直接打印的證書、記錄。

4 檢定/校準(zhǔn)實(shí)例

以檢定一個(gè)量程為0～0.5MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2%的壓力傳感器為例。分別通過檢定人員手動(dòng)檢定以及該系統(tǒng)自動(dòng)檢定，對(duì)比兩次檢定/校準(zhǔn)的結(jié)果。

（1） 手動(dòng)檢定。

檢定結(jié)果如表1所示

經(jīng)檢定人員計(jì)算：數(shù)據(jù)處理如表2

（2） 壓力傳感器檢定系統(tǒng)自動(dòng)檢定。

將被檢傳感器連接于壓力連接臺(tái)，連接傳感器與數(shù)據(jù)采集器、直流穩(wěn)壓電源，完成軟件啟動(dòng)后的初始化工作后進(jìn)入。

檢定結(jié)果導(dǎo)出在報(bào)表內(nèi)，顯示為可供直接打印的原始記錄，如圖5所示：

經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)檢定結(jié)果與手動(dòng)檢定結(jié)果一致。

5 結(jié)語

基于PPC4壓力控制器的壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)，改變了以往手動(dòng)設(shè)置壓力檢定點(diǎn)、人工抄寫、謄寫并處理計(jì)算數(shù)據(jù)的工作方式，改變了操作人員在檢定過程中必須全程手眼協(xié)同工作的繁瑣模式，降低了檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了壓力傳感器檢定的自動(dòng)化程度。

基于VB.NET開發(fā)的軟件界面友好，操作方便簡(jiǎn)單，整個(gè)程序采用模塊化設(shè)計(jì)，有利于調(diào)試、后續(xù)升級(jí)，為搭建自動(dòng)化程度更高、集成化程度更高的測(cè)試與控制系統(tǒng)提供了思路。

該壓力傳感器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)，由于整個(gè)檢定過程的固定化、統(tǒng)一化，大大降低了傳統(tǒng)檢定過程中因?yàn)椴僮魅藛T的人為因素造成的誤差，提高了檢定過程的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，保障科研生產(chǎn)中壓力測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，同時(shí)使整個(gè)檢定過程更加規(guī)范化、系統(tǒng)化，使得測(cè)量質(zhì)量有了質(zhì)的提升。

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