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(duì)壓力變送器人工校準(zhǔn)效率低、錯(cuò)誤率高的問題，設(shè)計(jì)了一套基于 LabVIEW 的壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。依據(jù)《JJG882-2004 壓力變送器檢定規(guī)程》，通過計(jì)算機(jī)的 RS232 串口實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字壓力控制器、多通道數(shù)據(jù)采集器的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集及處理，系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多組壓力變送器的自動(dòng)校準(zhǔn)并生成相對(duì)應(yīng)的原始記錄并存儲(chǔ)，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(dòng)信號(hào)或電動(dòng)信號(hào)進(jìn)行控制和遠(yuǎn)傳的設(shè)備。它能感受壓力并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，如 4mA ～ 20mA 電流信號(hào)或1V ～ 5V 電壓信號(hào)[1] 。壓力變送器因其具有工作可靠、準(zhǔn)確度等級(jí)高、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和測量信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(tái)被檢壓力計(jì)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(dòng)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(jì)輸出信號(hào)值，將此信號(hào)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，#終出具測試報(bào)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(duì)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(xiàng)目采用 LabVIEW 對(duì)上位機(jī)進(jìn)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(shí)驗(yàn)室[3] 。

本項(xiàng)目主要的流程包括 ：多個(gè)被檢壓力計(jì)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(dòng)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(gè)壓力計(jì)的原始記錄生成與EXCEL 存儲(chǔ)。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(gè)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(gè)子 VI 做詳細(xì)介紹。程序框圖如圖 1 所示。

 

1.1 多個(gè)被檢壓力計(jì)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(gè)被檢壓力變送器的基本信息，包括 ：被檢表的流轉(zhuǎn)單號(hào)、被檢表名稱、型號(hào)、編號(hào)及生產(chǎn)廠家，然后依次填入被檢表壓力單位、輸出信號(hào)單位、壓力低值與壓力頂值、信號(hào)低值與信號(hào)頂值、校準(zhǔn)環(huán)境溫度、校準(zhǔn)環(huán)境濕度、檢定員、核驗(yàn)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(hào)量程及被檢表的準(zhǔn)確度等級(jí)直接計(jì)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(jì)算機(jī)上對(duì)應(yīng)接口以“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”方式連接，完成物理連接后，利用 LabVIEW中 visa 函數(shù)實(shí)現(xiàn)儀器通信。通過 visa 寫入與讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的數(shù)據(jù)寫入與信息讀取。數(shù)字壓力計(jì)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(diǎn)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(jì)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(jìn)行調(diào)整。針對(duì)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(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)壓力異常情況。設(shè)置壓力控制按鈕，可實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制，系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力值允許誤差范圍內(nèi)時(shí)點(diǎn)亮系統(tǒng)穩(wěn)定按鈕，此時(shí)系統(tǒng)壓力達(dá)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(dòng)或手動(dòng)輸入所有壓力校準(zhǔn)點(diǎn)。

 

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(shí)間的測量活動(dòng)或在存放中受到環(huán)境 ( 比如灰塵和溫濕度 ) 的影響會(huì)在測量時(shí)產(chǎn)生誤差。另外，精密電阻由于溫度變化等因素也會(huì)有一些阻值漂移。因此，本項(xiàng)目在軟件系統(tǒng)中加入了電壓和阻值修正，如圖 2 報(bào)告中的修正值輸入至修正值表格中，點(diǎn)擊保存修正值后，系統(tǒng)校準(zhǔn)過程中自動(dòng)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(jì)

系統(tǒng)校準(zhǔn)過程分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式下，設(shè)置被檢壓力點(diǎn)，選擇數(shù)據(jù)采集器通道，設(shè)定時(shí)間，待壓力值穩(wěn)定后，點(diǎn)擊單次校準(zhǔn)按鈕，此時(shí)將設(shè)定時(shí)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(jìn)度條顯示校準(zhǔn)過程正在進(jìn)行或結(jié)束，點(diǎn)擊停止按鈕可強(qiáng)行停止校準(zhǔn)過程。若選擇自動(dòng)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(diǎn)輸入至數(shù)組中，點(diǎn)擊全程校準(zhǔn)按鈕，會(huì)按照設(shè)定的壓力點(diǎn)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(diǎn)的校準(zhǔn)。

2 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊與連接。通過上位機(jī)編程，實(shí)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(hào)采集，避免了人工操作效率低下，錯(cuò)誤率較高的缺陷，該系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道壓力變送器的同時(shí)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。