PTB系列氣壓傳感器誤差調(diào)整方法研究

王 旭，張 崇，趙丹陽，張昊喆，王雪松

(1.吉林省氣象探測保障中心，長春 130062；2.陸軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局駐長春地區(qū)第一軍事代表室，長春 130022)

0 引言

目前，吉林省自動氣象站的氣壓要素采集廣泛使用的是VAISALA開發(fā)的PTB220型和PTB330型傳感器[1，2]。隨著使用時間的增加，PTB系列的氣壓傳感器受自然損耗影響，會引起數(shù)字量的漂移，造成超差問題[3，4]。近年來，在計量檢定過程中發(fā)現(xiàn)，超差問題是造成PTB系列傳感器不合格的主要原因，且不合格數(shù)量呈逐年增加的趨勢。PTB系列氣壓傳感器價格較為昂貴，因此研究出一套PTB系列氣壓傳感器誤差調(diào)整方法，延長氣壓傳感器的使用壽命，降低采購經(jīng)費是十分必要的。

超差問題也得到了國內(nèi)學者的高度重視。孟憲羅等對PTB220型氣壓傳感器的誤差進行了調(diào)試方法設(shè)計，但尚未對誤差計算進行深入分析；黃清治等對PTB330型氣壓傳感器超差調(diào)試進行了研究，但樣本選取過少。

綜上，文章提出基于串口通信方式對PTB系列氣壓傳感器數(shù)字量進行調(diào)差的方法，以保證氣壓數(shù)據(jù)采集的準確性和可靠性。

1 工作原理

在新型自動氣象站中，PTB系列氣壓傳感器采用數(shù)字量進行傳輸。因此文章以數(shù)字量信號進行超差調(diào)整方法研究。

1.1 串口通信連接方法

將PTB系列氣壓傳感器通過RS-232串口連接到PC串口上，連接示意圖如圖1所示。引腳7，9為傳感器12 V供電，連接直流穩(wěn)壓電源。引腳2，3，5為數(shù)字信號通信端，連接PC串口。

圖1 RS-232串口通信電路連接示意圖

1.2 調(diào)試助手設(shè)置

運行PC的串口調(diào)試軟件，選擇與傳感器相連的串口號以完成端口設(shè)置[5]。常用的端口參數(shù)如表1所示。操作中需要注意氣壓傳感器數(shù)據(jù)處于非自動采集模式。

表1 端口參數(shù)設(shè)置

2 調(diào)試方法

PTB220型和PTB330型氣壓傳感器的通信指令存在區(qū)別。文章以多點調(diào)試為例，經(jīng)過多次試驗，分別總結(jié)出調(diào)試步驟。

2.1 PTB220型傳感器

對使用PTB220型傳感器的氣壓傳感器進行誤差校正之前，需要運行“mpc”命令以顯示氣壓傳感器初始修正值設(shè)定；再打開氣壓傳感器盒蓋，將DIP寫入，開關(guān)SW4上撥到“on”的位置，便可以在超級終端區(qū)輸入命令進行控制；若想對該氣壓傳感器進行進一步修正，則需要將該氣壓傳感器的原始修正值恢復為無修正，即修正值為0的狀態(tài)，該狀態(tài)可以運行“mpc off”關(guān)閉傳感器多點的修正值，使傳感器的原始修正值恢復為0；隨后運行“mpci”指令，顯示“reading?”，輸入此次校準示值點的修正值，鍵入“mpc on”激活當前輸入修正值。操作完成后，關(guān)閉寫入開關(guān)，鍵入“reset”命令進行效果驗證[6]。

2.2 PTB330型傳感器

對使用PTB330傳感器的氣壓傳感器進行誤差校正之前，需要打開氣壓傳感器頂蓋，按下位于變送器主板上的ADJ按鈕，紅色LED指示燈亮代表當前的調(diào)整模式可用。運行“mpcp1 ？”命令可以顯示氣壓傳感器初始修正值設(shè)定；如果想對PTB330重新調(diào)整，應先禁用多點和線性調(diào)整功能，需要在超級終端區(qū)依次鍵入“mpcp1 off”“l(fā)cp1 off”命令，再運行“mpcp1”命令輸入多點校正的修正值，然后運行“mpcp1 on”命令激活修正值；最后關(guān)閉ADJ按鈕，輸入“reset”命令進行效果驗證。

3 誤差計算

利用現(xiàn)有超差的PTB系列氣壓傳感器進行反復調(diào)試，總結(jié)誤差計算公式如下：

1)PTB220型誤差計算公式

(1)

2)PTB330型誤差計算公式

(2)

4 實驗分析

首先，利用現(xiàn)有3MS系統(tǒng)，自動完成氣壓傳感器的計量檢定；然后選取調(diào)試完成的PTB220型和PTB330型氣壓傳感器各4臺，連接到系統(tǒng)中以驗證調(diào)試方法及誤差計算公式的準確性；最終得到調(diào)試前后的誤差對比。

根據(jù)誤差統(tǒng)計結(jié)果可以得出，兩種傳感器調(diào)整的數(shù)字量誤差均不超過0.3 hPa，滿足JJG(氣象)001-2015《自動氣象站氣壓傳感器檢定規(guī)程》的要求。

5 結(jié)束語

文章基于串口通信方式對PTB系列氣壓傳感器數(shù)字量進行調(diào)差，很好地解決了PTB系列氣壓傳感器超差問題。通過實驗證明，調(diào)差后的PTB系列氣壓傳感器經(jīng)3MS檢定系統(tǒng)檢定合格率達100%。該方法對延長PTB系列氣壓傳感器的使用壽命起到了積極作用，同時對基層氣象保障能力的提升有重要意義。但是調(diào)差過程是手動完成的，調(diào)差的自動化程度有待進一步提高。