一種基于PCI8602的壓力傳感器檢測系統(tǒng)設計

吳建昌 任根文

摘要：本文提出了一種壓力傳感器自動化檢測系統(tǒng)，由工業(yè)用計算機、PCI8602數據采集卡、壓力變送器、待檢傳感器組等部分構成，檢測過程中利用數據采集卡驅動充氣、放氣電磁閥實現檢測氣道壓力的自動控制，利用數據采集卡完成待檢傳感器組中所有傳感器檢測壓力和壓力變送器標準壓力的讀取，引入批次檢測結果和標準壓力間的歐式距離作為批次質量的評判標準，在對每個傳感器檢測的基礎上完成進行批次傳感器質量分析控制。

Abstract： This paper presents a pressure sensor automatic detection system， which is composed of industrial computer， PCI8602 card， pressure transmitter， sensors to be tested. In the detection process， the data acquisition card is used to drive the charging and venting solenoid valves to realize the automatic control of the detection of airway pressure， and the data acquisition card is used to complete the detection of all sensors in the sensors to be tested for reading the standard pressure of the pressure transmitter， the Euler distance between the batch test results and the standard pressure is introduced as the evaluation standard of batch quality. Based on the detection of each sensor， the batch sensor quality analysis control is completed.

關鍵詞：壓力傳感器;PCI8602;批次質量;歐式距離

Key words： pressure sensor;PCI8602;batch quality;euler distance

0 ?引言

環(huán)境保護已經成為整個社會共識，機動車排放污染是繼工業(yè)污染之后的第二大污染源。從源頭上控制機動車尾氣排放，特別是重型柴油車尾氣排放是節(jié)能減排的一個重要技術手段。在重型柴油車尾氣處理單元中，利用壓力傳感器精確監(jiān)控尿素噴射泵，將污染物轉換成無害氮氣和水是目前使用的一種較為常見的尾氣處理方案，精度高、性能穩(wěn)定的壓力傳感器是這一單元中核心部件之一。在傳統(tǒng)的生產工藝中，主要使用人工對壓力傳感器的精度和穩(wěn)定性進行檢測，本文運用現代測控手段，通過工業(yè)用計算機對壓力傳感器檢測過程進行控制，對其輸出結果進行實時記錄、分析、處理，減少了人工誤差，降低了勞動強度，實現一種較低成本的對傳統(tǒng)生產線自動化改造的方案。

1 ?系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由工業(yè)用計算機、PCI8602數據采集卡、標準壓力變送器、待檢壓力傳感器組、泄氣閥、進氣閥、儲氣罐、真空泵/空壓機等幾部分構成。

標準壓力變送器是系統(tǒng)標準壓力源，通過將其與待檢壓力傳感器組安裝在同一氣道內，在同一被測環(huán)境下產生標準壓力輸出。泄氣閥、進氣閥、儲氣罐、真空泵/空壓機是氣壓控制模塊，真空泵/空壓機負責產生系統(tǒng)所需的正負壓，泄氣閥/進氣閥根據系統(tǒng)指令調節(jié)氣道內氣壓。PCI8602數據采集卡是整個系統(tǒng)輸入輸出模塊，主要完成兩個功能：①輸出控制信號給進氣閥和泄氣閥，完成氣道內氣壓增減控制;②接收待檢壓力傳感器組和標準壓力變送器的電壓信號，并將數值傳輸給工業(yè)計算機。工業(yè)計算機根據系統(tǒng)軟件預設的測試流程，對氣道內氣壓調節(jié)，獲取待檢壓力傳感器組內每個傳感器的壓力值，將這些壓力值與標準壓力變送器的壓力值進行對比，判斷是否在一定的誤差范圍內，從而完成對所有壓力傳感器的檢測。同時，系統(tǒng)軟件記錄待檢壓力傳感器組中每個壓力傳感器在不同測試點下壓力的測試結果，完成批次質量分析。整個系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示。

2 ?系統(tǒng)設計需求

待檢傳感器是一款能檢測滿足國Ⅴ以上排放尾氣的壓力傳感器，傳感器壓力——電壓輸出的指標為：（表1）

壓力傳感器輸出電壓和輸入壓力成線性變化規(guī)律，壓力傳感器的壓力量程為：250KPa+55KPa=305KPa，輸出量程為：4.000V，根據其精度為±1.5%，對應輸出電壓誤差為：4.000（V）×（±1.5%）=±0.06（V），對應的壓力分辨率為： 305KPa×（±1.5%）=±4.575KPa。

根據壓力傳感器的特性，本檢測系統(tǒng)將壓力范圍分成二段，-55.0—0.0KPa，0.0—250.0KPa，其正、負壓段的檢測分別由二臺檢測設備來完成，一臺正壓段檢測設備，另一臺負壓段檢測設備。在正壓段壓力檢測過程中，首先打開進氣電磁閥對系統(tǒng)氣路進行充氣，當壓力變送器反饋壓力高于待檢壓力傳感器壓力量程后，關閉進氣電磁閥;然后打開泄氣電磁閥，根據軟件系統(tǒng)內設置測量點，逐一在壓力變送器反饋壓力在測量點時關閉泄氣電磁閥;接著將待檢壓力傳感器組中每個壓力傳感器的檢測結果與壓力變送器的測量結果比對，判斷傳感器是否符合檢測要求并將檢測記錄在軟件系統(tǒng)中;最后，根據檢測過程中每個壓力傳感器檢測結果生成質量日報和批次質量分析報告。負壓段測試過程與正壓段原理相同，僅為真空泵（產生負壓）和空壓機（產生正壓）的差異。

3 ?系統(tǒng)硬件設計

壓力傳感器檢測系統(tǒng)硬件包括接口單元、待檢壓力傳感器組、中央控制單元、氣路控制單元等四個部分。

3.1 接口單元

接口單元使用阿爾泰公司PCI8602高速數據采集卡，該卡基于PCI總線設計，使用方便;板載8K FIFO采樣緩沖器，能提供穩(wěn)定的高速數據傳輸性能;接口豐富，可擴展性強。該卡具有32通道AD輸入，轉換精度16bit，采樣速率250kS/s，輸入量程±10V、±5V、±2.5V、0—10V、0—5V可選，A/D采樣支持軟件內部觸發(fā)和硬件外部觸發(fā);具有8路DO輸出，高電平最低電壓3.8V，低電平最高電壓0.44V，滿足本系統(tǒng)對多個A/D輸入及DO輸出的接口需求。

3.2 待檢壓力傳感器組

壓力傳感器組中每個待檢傳感器用多工位夾具固定，電壓輸出連接到PCI8602采集卡A/D輸入端，連接示意圖如圖2所示。

3.3 氣路控制單元

氣路控制單元主要包括進氣電磁閥、泄氣電磁閥、壓力變送器等。進氣電磁閥和泄氣電磁閥由PCI8602采集卡DO口控制，DO口輸出開、關指令給驅動電路，驅動電磁打開或關閉電磁閥，實現氣道內充氣、保壓、放氣操作;壓力變送器是系統(tǒng)氣道內壓力反饋裝置，連接在系統(tǒng)氣道內，輸出電壓連接數據采集卡AD接口，輸出電壓范圍0—5V，將氣道內的壓力實時反饋給檢測系統(tǒng)。

3.4 中央控制單元

中央控制單元是指裝有檢測控制軟件的工業(yè)用計算機。

4 ?系統(tǒng)軟件設計

壓力傳感器檢測系統(tǒng)軟件控制檢測氣道充氣、保持、泄氣等過程，完成對傳感器組中所有傳感器壓力值讀取、顯示、存儲、分析，完成對單個傳感器質量檢測以及傳感器批次質量分析控制，程序主流程圖如圖3所示：

系統(tǒng)軟件采用模塊化設計理念，具有高內聚、低耦合、易擴展等特點。軟件從結構和功能上分成四個模塊：①人機交互模塊;②數據處理分析模塊;③接口控制模塊;④系統(tǒng)參數設置模塊。

4.1 人機交互模塊

人機交互模塊的主要功能是完成壓力實時顯示以及檢測系統(tǒng)的開始、結束控制。待檢傳感器組中每個傳感器的測得電壓可以表示為：

V=（V1，V2，V3，…VN），N是待檢傳感器組中傳感器的數量。

根據表1壓力—電壓輸出指標的線性變化規(guī)律可以計算出每個傳感器的壓力：

P=（P1，P2，P3，…PN）。

壓力變送器測得電壓為：VStandard，根據壓力變送器量程可以計算出壓力變送器的測得標準壓力PStandard。向量V中每分量在屏幕上的顯示位置與傳感器在夾具中的物理排列位置相對應，如果該分量與PStandard的差值超出軟件系統(tǒng)設置中所允許的最大誤差，在屏幕對應位置出現閃動提示標識，用戶可以直觀觀察到提示信息。使用腳踏開關來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼠標等輸入設備控制檢測系統(tǒng)，方便用戶操作，也避免鼠標的誤操作。

4.2 數據處理分析模塊

數據處理分析模塊完成對壓力傳感器檢測結果的記錄、分析工作。待檢傳感器組中每個傳感器在每個測試點的壓力測量值保存在本地數據庫中。傳感器的精度取決于傳感器的測得壓力與壓力變送器的標準壓力差，待檢傳感器組的批次質量取決于其中每個傳感器與壓力變送器的標準壓力差，用在N維向量空間中V與N維向量（PStandard，PStandard，PStandard，…PStandard）的歐式距離來度量：

在完成對批次質量分析基礎上，數據處理分析模塊還可以按照日期設置提供質量分析報告。

4.3 接口控制模塊

接口控制模塊通過調用阿爾泰公司提供的DLL來驅動PCI8602數據采集卡，在充氣過程完成后，DO接口輸出打開泄氣閥放氣，根據AD接口讀取壓力變送器的測量值，在接近軟件系統(tǒng)預設測試點時DO接口輸出關閉泄氣電磁閥，AD接口讀取待檢傳感器在測量值，重復這個放氣、氣體保持、測量這個過程直至完成系統(tǒng)預設的所有測量項。

4.4 系統(tǒng)參數設置模塊

軟件系統(tǒng)參數模塊包括檢驗測試點的數量、每個測試點的壓力值、每個測試點的壓力偏差范圍。

5 ?結束語

本檢測系統(tǒng)使用工業(yè)用計算作為中央控制單元，系統(tǒng)控制軟件通過PCI8602數據采集卡按照系統(tǒng)設置逐一采集每個檢測點上待檢傳感器組中所有傳感器的檢測壓力與同時采集到的壓力變送器標準壓力進行比對，判斷傳感器是否合格。檢測系統(tǒng)內置數據庫，在采集數據的同時完成數據顯示、保存，實現了對單個傳感器質量的檢測。本檢測系統(tǒng)還使用傳感器檢測結果與壓力變送器標準壓力之間的歐式距離作為衡量傳感器批次質量的標準，提出了一個批次質量、任意日期間質量分析對比的方法。本檢測系統(tǒng)構造成本低，將傳統(tǒng)的手工檢測升級到自動檢測，提高了勞動效率，減少了人工誤差，是一種對傳統(tǒng)生產線進行現代化改造的可行方案。

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