商用空調壓力傳感器批量校準系統的研制

陳春宇，谷小紅

（浙江二花制冷集團有限公司，浙江 新昌 312500）

0 引言

商用空調用壓力傳感器一般精度不高（2%～3%以內即可）、溫度補償區域寬（-30℃～120℃），可靠性要求高，成本、系列化、標準化、批量化、性價比要求極高，一般與電子膨脹閥搭配使用，主要安裝在壓縮機的進排氣口來檢測系統的排氣壓力和吸氣壓力。本文針對目前商用空調壓力傳感器的校準、補償和生產效率等方面存在的不足，研制出一套自動化的批量校準系統，從而可以通過軟硬件的設計，對多個傳感器同時進行補償，獲取對應的補償數據。該系統在一定的溫度范圍內，依次對靈敏度、零點偏移進行修正，通過多方位的計算和修正，獲得相關的溫度補償系數，最終將數據寫入傳感器的芯片中，能多通道、全自動、高質量、快速完成多個壓力傳感器的整個補償過程，對于提高生產效率，降低生產成本和提高產品批次一致性有著非常重要的現實意義。

1 商用空調壓力傳感器批量校準系統整體設計

1.1 系統整體方案設計

整個系統主要由4個部分組成：主控模塊、壓力控制模塊、溫度控制模塊、多路硬件校準模塊和傳感器。系統框圖如圖1所示。

1.1.1 系統主要模塊

（1）主控模塊

主控模塊包含工控機、串口擴展卡、軟件，可以通過各自的協議控制校準溫度和校準壓力，并與多路硬件校準模塊連接，對傳感器實現溫度補償。

（2）壓力控制模塊

壓力控制模塊為傳感器校準時提供精確的壓力，受主控模塊控制來調整相應的壓力值。

圖1 系統框圖

（3）溫度控制模塊

溫度控制模塊為傳感器校準時提供精確的溫度，受主控模塊控制來調整相應的溫度值。

（4）多路硬件校準模塊

硬件校準模塊為多通道，8～256路通道可配置，可以一次性連接多路傳感器，主控模塊需要通過其采集傳感器數據以及給傳感器寫入補償數據。

主控模塊是整個系統的核心部分，由其來統一控制壓力控制模塊、溫度控制模塊、多路硬件校準模塊，通過各自的協議來實現通訊。

1.1.2 系統主要功能

（1）自動批量校準和溫度補償

工控機通過串口連接和壓力控制器、高低溫箱、多路硬件校準系統連接，實現自動化控制，并且能自動按照設置的程序實現壓力傳感器校準和溫度補償過程。

（2）型號管理功能

可對各個型號產品的參數進行分類和管理，在生產時只需調用對應型號即可，無需重復設定，可以降低工人在現場的出錯概率。

（3）數據存儲功能

采用access數據庫進行數據存儲，輸出execl文件格式的報表，可以聯網至服務器進行存儲。

1.2 系統硬件設計

1.2.1 壓力控制模塊

壓力控制模塊主要由進氣口、球閥、壓力控制器等組成。壓力控制器采用了GE德魯克的PACE5000，和工控機可以通過RS-232實現通訊，可由軟件來實現對壓力的自動控制。另外考慮到用氣量，在壓力控制器前會增加儲氣罐來保證系統的氣源充足，同時在管路的必要位置（如進氣口、出氣口等）安裝壓力表進行監控，來保證壓力的準確性和防差錯，具體設計如圖2系統氣路圖所示。

圖2 系統氣路圖

1.2.2 溫度控制模塊

溫度控制模塊主要由高低溫箱組成，為傳感器提供恒定的環境溫度。

1.2.3 多路硬件校準模塊

多路硬件校準模塊將串行變成并行，實現了多個壓力傳感器同時進行保溫和保壓，大大降低了生產時間。本次設計能夠實現同時對最多256路壓力傳感器進行溫度補償。多路硬件校準模塊結構框圖如圖3所示。

圖3 多路硬件模塊結構框圖

多路硬件校準模塊以8路通道為一個小模塊，每個小模塊上的8個通道通過RS-485總線進行連接，每個通道對應一個傳感器。各個小模塊通過RS-485總線進行連接，最后通過RS-485總線連接到工控機，最多可以配置256路系統共32個模塊。

1.2.4 主控模塊

主控模塊由工控機、軟件構成。工控機通過RS-232串口向壓力控制器、高低溫箱和多路硬件校準系統發送相應指令，讓它們按照軟件設定的過程執行相應的命令，使壓力控制器實現精確的壓力校準，并根據需要升壓、降壓及保壓。高低溫箱提供傳感器恒定的環境溫度，并根據需要升溫、降溫及保溫。多路硬件校準系統實現傳感器和軟件之間的雙向通訊，通過采集傳感器方的數據傳輸給軟件，軟件通過計算后，再將其傳輸至傳感器信號調理芯片中。如圖4所示為主控模塊。

圖4 主控模塊圖

2 系統可靠性評價

合格率及一致性評價試驗的主要目的是為驗證在批量生產過程中的合格率及一致性。

試驗方法：在所有通道都連接上傳感器（即256只），每天進行補償，連續5天，補償完成后在-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃環境下對產品進行精度測試，最后統計測試數據，確認相關的質量情況。

補償后測試概況為：每天補償256只，連續5天，共補償產品1280只，精度超差8只，即補償成功為1272只，合格率達到99.4%。另外結合標準差及六西格瑪對-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃這 5 個溫度點的測試數據進行了統計分析，如表1所示。

從以上數據可以看出，補償合格率為99.4%，可以滿足生產需求。另外從各個溫度下的測試數據看，補償后產品的精度在±3σ范圍內最大為-0.96%FS，遠遠高于要求的±2%FS，表明一致性很好。

表1 一致性評價數據

3 結語

本文研制了一套商用空調壓力傳感器多路自動校準與溫度補償系統，對軟硬件組合、系統補償過程、系統可靠性進行了研究：

（1）基于信號調理芯片的結構組成及工作原理，設計了商用空調壓力傳感器自動補償的工作流程，實現了高效率的系統數字化校準與補償；

（2）集成工控機、高低溫箱、壓力控制器、多路硬件校準系統等部件開發系統，內置溫度補償算法和自動校準軟件，實現了商用空調壓力傳感器的批量自動化校準和溫度補償；

（3）對合格率及一致性進行評價，結果表明系統可以滿足生產需求。