基于PPC4壓力控制器/校準器的壓力傳感器自動檢定/校準系統設計

鄒鵬

摘 要：基于PPC4壓力控制器/控制器，以VB.NET為開發環境編寫軟件，配合數據庫及報表軟件，實現壓力傳感器自動檢定/校準，并通過合理實驗方案進行實例驗證。該系統實現了壓力傳感器自動檢定/校準、證書及記錄自動創建生成等功能。很大程度上提高了壓力傳感器檢定/校準的工作效率以及準確程度，簡化了工作流程，降低了工作強度，保障了科研生產任務的順利進行。

關鍵詞：VB.NET 自動檢定/校準 壓力傳感器

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0113-04

1 檢定原理及系統組成

壓力傳感器是工業實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，并按照一定的規律將壓力轉換成可用輸出信號（一般為電信號）的器件或裝置，通常由壓力敏感元件和轉換元件組成，它可以用來監測設備或環境的壓力參數。隨著近幾年我國航空工業的高速發展，壓力傳感器越來越多的出現在航空制造業各個試驗、生產環節中。作為一種信號轉換裝置，壓力傳感器的性能參數決定著輸出信號反映實際情況的準確程度。壓力傳感器的檢定就是按照統一標準規程，以實驗方式對壓力傳感器的性能指標進行檢驗， 看其是否符合技術要求。

壓力傳感器傳統的檢定過程，是由操作人員手動操作設置到檢定壓力點，然后記下該壓力點下被測傳感器的輸出值。完成所有操作工作后再經復雜運算后給出檢定結果。這種人工檢測方式不僅效率低，而且容易出錯，影響測量的準確度。為了提高檢定效率、消除人為誤差，在此，我們設計完成一套壓力傳感器自動檢定/校準系統。

2 檢定原理及系統組成

2.1 檢定原理

按照JJG 860-94《壓力傳感器（靜態）檢定規程》的要求，在考察完技術要求、確定好檢定條件、完成預熱預壓操作后，再開展壓力傳感器檢定工作中的較為復雜的示值檢定步驟：

（1） 選取m個檢定點，檢定過程按照檢定點進行加壓、卸壓。

（2） 根據檢定點，自測量下限起，按規定選取的檢定點逐點平穩的升高壓力至壓力傳感器的測量上限，并記錄與各檢定點相對應的輸出值。

（3） 再由測量上限，按照檢定點倒序操作，并依次記錄與各檢定點相對應的輸出值。

（4） 按照2、3操作過程，對傳感器進行n次循環檢定，將得到的檢定點、輸出值記錄（檢定點個數m，循環次數n由壓力傳感器等級決定）

（5） 對檢定過程記錄數據進行數學處理，可得壓力傳感器校準曲線，即可得壓力傳感器的線性誤差、基本誤差、回程誤差、重復性誤差，以及工作直線。

計算過程如下。

（1） 校準曲線的確定。

2.2 系統組成

依據PPC4壓力控制器自身硬件配置對其實現遠程控制。整個系統主要由PPC4壓力標準裝置、直流穩壓電源、數據采集器、RS232通信纜線、壓力連接臺、計算機及打印機組成。

系統組成如圖1所示。

計算機通過RS232接口與PPC4壓力控制器和Keithley2000數據采集器連接，計算機發出控制命令，控制PPC4壓力控制器產生標準壓力，作用在壓力連接臺上的被檢壓力傳感器，直流穩壓電源給壓力傳感器提供激勵電壓，Keithley2000數據采集器采集標準壓力下被檢傳感器輸出的電信號，并上傳給計算機，計算機對數據進行存儲、數據處理，并給出測量結果。

2.3 工裝設計

為了實現多個傳感器同時自動測量，且考慮PPC4的帶載能力以及PPC4的控制能力設計了如下圖2工裝，這樣可以同時自動檢定或校準4個壓力傳感器，工作效率得到極大地提高。

3 軟件設計

3.1 軟件開發環境

系統軟件以Microsoft visual studio為開發平臺，在VB.NET環境下進行編寫，采用Microsoft Access作為數據庫系統，通過Grid++Report報表軟件制作證書、記錄模板。系統軟件可實現壓力數據的自動采集、存儲，并自動判定所檢壓力傳感器是否合格，能自動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、數據采集模塊、以及數據存儲處理模塊構成，其流程圖如圖3所示。

（1） 初始化模塊。

該模塊主要用于系統開始階段進行通信串口配置，同時提示用戶設定壓力傳感器的名稱、型號規格、廠家等被檢基本信息；設定標準器、檢定環境等信息；設定檢定點信息，圖4為被檢基本信息界面。

（2） 壓力控制模塊。

主要根據PPC4技術協議提供的遠程操作說明通過RS232串口控制PPC4，依據檢定規程中要求的檢定流程，在軟件中設定壓力檢定點進行加壓、卸壓，為整個檢定過程提供標準壓力值。

（3） 數據采集模塊。

數據采集模塊是通過數據采集器Keithley2000采集在檢壓力傳感器的電信號值，并通過RS232串口將采集到的信號值上傳到計算機中。

（4） 數據處理模塊。

軟件根據采集存儲的被檢傳感器各檢定點的信號值，通過嵌入程序內部的算法自動計算完成基本誤差、線性誤差、重復性誤差、回程誤差、工作的計算，并調用報表軟件顯示可直接打印的證書、記錄。

4 檢定/校準實例

以檢定一個量程為0～0.5MPa，準確度等級為0.2%的壓力傳感器為例。分別通過檢定人員手動檢定以及該系統自動檢定，對比兩次檢定/校準的結果。

（1） 手動檢定。

檢定結果如表1所示

經檢定人員計算：數據處理如表2

（2） 壓力傳感器檢定系統自動檢定。

將被檢傳感器連接于壓力連接臺，連接傳感器與數據采集器、直流穩壓電源，完成軟件啟動后的初始化工作后進入。

檢定結果導出在報表內，顯示為可供直接打印的原始記錄，如圖5所示：

經實驗對比，壓力傳感器自動檢定/校準系統檢定結果與手動檢定結果一致。

5 結語

基于PPC4壓力控制器的壓力傳感器自動檢定/校準系統，改變了以往手動設置壓力檢定點、人工抄寫、謄寫并處理計算數據的工作方式，改變了操作人員在檢定過程中必須全程手眼協同工作的繁瑣模式，降低了檢定人員的勞動強度，大大提高了壓力傳感器檢定的自動化程度。

基于VB.NET開發的軟件界面友好，操作方便簡單，整個程序采用模塊化設計，有利于調試、后續升級，為搭建自動化程度更高、集成化程度更高的測試與控制系統提供了思路。

該壓力傳感器自動檢定/校準系統，由于整個檢定過程的固定化、統一化，大大降低了傳統檢定過程中因為操作人員的人為因素造成的誤差，提高了檢定過程的準確度和穩定性，保障科研生產中壓力測量數據的準確可靠，同時使整個檢定過程更加規范化、系統化，使得測量質量有了質的提升。

參考文獻

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