摘 要 ：壓力變送器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，目前壓力變送器的校準(zhǔn)常使用數(shù)字壓力控制器作為標(biāo)準(zhǔn)器，但其校準(zhǔn)過程需要人工操作。針對壓力變送器人工校準(zhǔn)效率低、錯誤率高的問題，設(shè)計了一套基于 LabVIEW 的壓力變送器自動校準(zhǔn)系統(tǒng)。依據(jù)《JJG882-2004 壓力變送器檢定規(guī)程》，通過計算機的 RS232 串口實現(xiàn)對數(shù)字壓力控制器、多通道數(shù)據(jù)采集器的自動控制、數(shù)據(jù)采集及處理，系統(tǒng)可同時實現(xiàn)多組壓力變送器的自動校準(zhǔn)并生成相對應(yīng)的原始記錄并存儲，方便后期查詢。

 

0 引言

壓力變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設(shè)備。它能感受壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)輸出信號，如 4mA ～ 20mA 電流信號或1V ～ 5V 電壓信號[1] 。壓力變送器因其具有工作可靠、準(zhǔn)確度等級高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強和測量信號傳輸距離遠等優(yōu)點，在工業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛使用[2] 。為保證壓力變送器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，必須將其送至計量部門周期檢定或校準(zhǔn)。目前本院的壓力變送器的校準(zhǔn)方法為將單臺被檢壓力計與壓力標(biāo)準(zhǔn)器（壓力標(biāo)準(zhǔn)器一般使用數(shù)字壓力控制器）相連，手動設(shè)置壓力標(biāo)準(zhǔn)器壓力值，待系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后讀取被檢壓力計輸出信號值，將此信號值手工記錄在紙質(zhì)原始記錄中，并人工將測試數(shù)據(jù)輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)處理，#終出具測試報告。這一過程存在測試周期長、過程繁瑣的弊病 ；其次測量結(jié)果通常采用人工記錄，不能對數(shù)據(jù)進行有效的管理和存放，在一定程度上影響日后的數(shù)據(jù)處理。另外，壓力變送器大多使用在工業(yè)現(xiàn)場，其拆卸直接影響生產(chǎn)過程。因此，很多送檢廠家要求其樣品的校準(zhǔn)時間越快越好，然而隨著送檢樣品的增多，人工校準(zhǔn)已經(jīng)難以滿足客戶的要求，針對這些問題，開發(fā)出一套多通道壓力變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)迫在眉睫。

 

1 系統(tǒng)軟件部分介紹

本項目采用 LabVIEW 對上位機進行編程，LabVIEW是一種圖形化編程語言，作為數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件的標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界與研究性實驗室[3] 。

本項目主要的流程包括 ：多個被檢壓力計信息及校準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)錄入與保存、多通道采集器與數(shù)字壓力控制器的通訊與參數(shù)設(shè)置、多通道數(shù)據(jù)采集器及標(biāo)準(zhǔn)電阻的參數(shù)值修正、數(shù)字壓力控制器的自動控制和穩(wěn)定判斷、多通道數(shù)據(jù)采集器的通道選擇與數(shù)據(jù)采集、多個壓力計的原始記錄生成與EXCEL 存儲。為使程序合理布局，本文采用子 VI 方法，把以上所述的各功能模塊創(chuàng)建成一個子 VI，可以被主程序或其他子 VI 調(diào)用。以下就關(guān)鍵的幾個子 VI 做詳細介紹。程序框圖如圖 1 所示。

 

1.1 多個被檢壓力計信息及校準(zhǔn)環(huán)境參數(shù)錄入與保存

在 LabVIEW 前面板中創(chuàng)建信息錄入表格、主原始記錄表格及分表原始記錄表格，信息錄入表格中填入多個被檢壓力變送器的基本信息，包括 ：被檢表的流轉(zhuǎn)單號、被檢表名稱、型號、編號及生產(chǎn)廠家，然后依次填入被檢表壓力單位、輸出信號單位、壓力低值與壓力頂值、信號低值與信號頂值、校準(zhǔn)環(huán)境溫度、校準(zhǔn)環(huán)境濕度、檢定員、核驗員以及校準(zhǔn)日期，輸入的基本信息與環(huán)境參數(shù)信息可直接錄入到相應(yīng)的EXCEL原始記錄中。利用輸入的壓力量程，信號量程及被檢表的準(zhǔn)確度等級直接計算出被檢表的示值誤差與回程誤差，被檢表信息錄入完成后可直接保存到相應(yīng)的文件中，方便后期查詢。

 

1.2 數(shù)字壓力控制器的通訊與設(shè)置

將數(shù)字壓力控制器的 RS232 端口與計算機上對應(yīng)接口以“點對點”方式連接，完成物理連接后，利用 LabVIEW中 visa 函數(shù)實現(xiàn)儀器通信。通過 visa 寫入與讀取，實現(xiàn)對控制器的數(shù)據(jù)寫入與信息讀取。數(shù)字壓力計設(shè)置包括設(shè)定壓力值、壓力單位及壓力模式（絕壓或表壓），設(shè)定壓力測量與控制模式切換，設(shè)定是否允許超壓，設(shè)定壓力量程和被校壓力點等。校準(zhǔn)開始前，根據(jù)被校儀器的壓力單位，在程序中可通過下拉菜單選擇 Pa，kPa，MPa，bar 等常用的壓力計量單位，壓力單位修改后，系統(tǒng)可根據(jù)相應(yīng)換算關(guān)系進行調(diào)整。針對被校儀表的壓力模式選擇絕壓或表壓，絕壓模式下的壓力值等于表壓壓力值加上氣壓計壓力值。另外，設(shè)置了當(dāng)前壓力，供氣端壓力值的顯示，可及時發(fā)現(xiàn)壓力異常情況。設(shè)置壓力控制按鈕，可實現(xiàn)壓力的自動控制，系統(tǒng)壓力達到設(shè)定壓力值允許誤差范圍內(nèi)時點亮系統(tǒng)穩(wěn)定按鈕，此時系統(tǒng)壓力達到設(shè)定壓力值。另外，通過設(shè)置壓力頂值，壓力底值和設(shè)定壓力數(shù)組可選擇自動或手動輸入所有壓力校準(zhǔn)點。

 

1.3 多通道采集器與精密電阻的修正

多通道數(shù)據(jù)采集器屬于電子類測量儀表，此類儀表內(nèi)部存在一定的漂移性和不確定性，經(jīng)過長時間的測量活動或在存放中受到環(huán)境 ( 比如灰塵和溫濕度 ) 的影響會在測量時產(chǎn)生誤差。另外，精密電阻由于溫度變化等因素也會有一些阻值漂移。因此，本項目在軟件系統(tǒng)中加入了電壓和阻值修正，如圖 2 報告中的修正值輸入至修正值表格中，點擊保存修正值后，系統(tǒng)校準(zhǔn)過程中自動引用該修正值，直至修正值再次改變。

 

1.4 校準(zhǔn)過程設(shè)計

系統(tǒng)校準(zhǔn)過程分為手動模式和自動模式，手動模式下，設(shè)置被檢壓力點，選擇數(shù)據(jù)采集器通道，設(shè)定時間，待壓力值穩(wěn)定后，點擊單次校準(zhǔn)按鈕，此時將設(shè)定時間內(nèi)的多通道數(shù)據(jù)采集器采集值取平均值后填入相應(yīng)表的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中，水平進度條顯示校準(zhǔn)過程正在進行或結(jié)束，點擊停止按鈕可強行停止校準(zhǔn)過程。若選擇自動校準(zhǔn)模式，需先設(shè)定壓力校準(zhǔn)數(shù)組，將所有需要校準(zhǔn)的壓力點輸入至數(shù)組中，點擊全程校準(zhǔn)按鈕，會按照設(shè)定的壓力點一次校準(zhǔn)，并將數(shù)據(jù)填到相應(yīng)表格中，直至完成所有設(shè)定壓力點的校準(zhǔn)。

2 整體系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的基于 LabVIEW 的多通道壓力變送器校準(zhǔn)系統(tǒng)主界面如圖 3 所示，被檢壓力變送器安裝完成后，一次輸入被檢表信息，設(shè)定數(shù)字壓力控制器參數(shù)、設(shè)置多通道數(shù)據(jù)采集器參數(shù)，開始校準(zhǔn)過程。校準(zhǔn)結(jié)束后，生成相應(yīng)原始記錄，可以選擇保存原始記錄，或者將原始記錄保存到指定的 EXCEL 模板中，用于后續(xù)的證書處理，如圖 4 所示。

 

3 結(jié)束語

本文利用數(shù)字壓力控制器和數(shù)據(jù)采集器的 RS232 接口，實現(xiàn)與上位機的通訊與連接。通過上位機編程，實現(xiàn)數(shù)字壓力控制器與多通道數(shù)據(jù)采集器的控制與信號采集，避免了人工操作效率低下，錯誤率較高的缺陷，該系統(tǒng)可同時實現(xiàn)多個通道壓力變送器的同時校準(zhǔn)，并可以生成相應(yīng)原始記錄，該系統(tǒng)生成的原始記錄可上傳至指定的 EXCEL 模板中，提高了壓力變送器的校準(zhǔn)效率。