韋歡文

摘要：本文設(shè)計了一種基于LabVIEW的壓力變送器標定系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡、上位機、LabVIEW軟件系統(tǒng)、驅(qū)動電路和液壓加載裝置。數(shù)據(jù)采集卡通過USB連接上位機，在上位機中開發(fā)LabVIEW軟件系統(tǒng)，驅(qū)動電路通過串行接口與上位機和開發(fā)LabVIEW軟件系統(tǒng)連接，驅(qū)動電路和液壓加載裝置電性連接。可代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工鑒定過程的監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓力變送器標定過程的在線監(jiān)測、采集、顯示和處理的一體化，且數(shù)據(jù)的處理通過計算機數(shù)據(jù)自動處理，準確性和分析效率提高。

關(guān)鍵詞：壓力變送器;在線檢測;標定

中圖分類號：V448.15+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0070-03

0? 引言

目前我們國內(nèi)的很多檢定機構(gòu)依然采用傳統(tǒng)的人工方式，按照《JJG882-2004壓力變送器檢定規(guī)程》規(guī)定使用的儀器設(shè)備，進行試驗設(shè)計和試驗分析，具體采用手動操作將壓力標準器和被校壓力變送器一起接入同一個壓力源上，通過調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的一個壓力調(diào)節(jié)器來控制其壓力的大小。近些年，國內(nèi)的一些科研院所、高校、檢定機構(gòu)或者儀表制造企業(yè)等也進行了一些關(guān)于壓力變送器檢定的相關(guān)研究，但總體的研究較少且技術(shù)不夠成熟，特別是在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析處理的標定系統(tǒng)的研究很少。較多的研究方向多集中在檢定結(jié)構(gòu)、檢定方法的改變以及數(shù)據(jù)分析處理方法的研究，如測量不確定的評定、誤差分析研究、誤差影響因素分析等。如王瑞斌依據(jù)國家檢定規(guī)程，所設(shè)計的壓力變送器標定系統(tǒng)，可進行遠程操控，其系統(tǒng)的設(shè)計主要利用了iPlot控件，而遠程的操作則通過Fluke PPC4 壓力控制器控制，該系統(tǒng)一定程度的實現(xiàn)了自動化的檢定[1]。葉加星則從檢定裝置結(jié)構(gòu)本身著手進行升級改造，通過分壓的方式，待輸出的壓差未定之后，測定標準的壓力變送器和被測量的壓力變送器的壓差值，再通過串口輸入到上位機進行數(shù)據(jù)分析與處理、記錄等[2]。趙明麗利用虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合數(shù)字萬用表KE2000采集壓力變送器的信號，并將采集到的變標準信號輸送到上位機進行分析處理，且可以實現(xiàn)多臺儀表的檢定[3]。國內(nèi)也有生產(chǎn)廠家，如北京康斯特公司生產(chǎn)的CST2001型數(shù)字壓力控制儀，量程在160KPa～40MPa之間，標準器的準確度等級為0.05級。國內(nèi)廠家的產(chǎn)品與國外知名品牌的同類產(chǎn)品在產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性指標上還有一定差距。目前出現(xiàn)了一些采用LabVIEW在傳感器檢定行業(yè)的應(yīng)用研究，如魏榕山開發(fā)出一種基于LabVIEW的傳感器的自動標定校準系統(tǒng)，結(jié)合多項式擬合法實現(xiàn)傳感器的信號校準，數(shù)據(jù)采集可靠且縮短標定時間[4]。國外的傳感器標定技術(shù)相對于國內(nèi)較為先進。1984年，在英國就誕生了全自動的壓力校準系統(tǒng)，其量程大、測量精度高，在系統(tǒng)工作時，只需要輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)就可以完全實現(xiàn)壓力的自動校準[5]。

由于利用LabVIEW自行編制的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，具有強大的數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集、顯示和處理功能，并且顯示具有良好的人機交互界面，因此，設(shè)計一套基于LabVIEW開發(fā)的壓力變送器標定系統(tǒng)非常有必要。

1? 設(shè)計要求分析

壓力變送器是檢測氣壓、液壓的重要儀器，新研發(fā)或者新制造的壓力變送器不能馬上應(yīng)用到實際的工程測試。使用之前，需要先對原設(shè)計指標進行一系列全面技術(shù)性能的標定實驗，以確定該儀器的實際性能。久置的壓力變送器某些指標（如靈敏度等）有可能會發(fā)生變化，也需要進行復測標定，對原始數(shù)據(jù)修正之后方可使用。標定結(jié)果的好壞直接影響實際測試的數(shù)據(jù)誤差大小。因此，壓力變送器使用前的標定尤為重要。

對傳感器的標定主要有靜態(tài)標定和動態(tài)標定。根據(jù)中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程《JJG882-2004壓力變送器檢定規(guī)程》，壓力變送器的檢定儀器主要有直流電流表、液體壓力計、數(shù)字壓力計、標準壓力發(fā)生器、標準高靜壓差壓活塞式壓力計等，但需要人工進行實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)記錄以及處理幾個模塊。傳統(tǒng)的檢定方法耗時很長，如檢定環(huán)境溫度影響的每個試驗溫度點需等待1～2小時方可測量，又如檢定濕度影響需要在試驗環(huán)境條件下放置4小時方可進行一組參比測量，若是多組數(shù)據(jù)的測量檢定，則耗時達到數(shù)天，整個檢定過程流程多、耗時長且數(shù)據(jù)處理不夠快速精確。為此需要設(shè)計一套標定系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工鑒定過程的全監(jiān)控，實現(xiàn)一體化的數(shù)據(jù)在線監(jiān)測、采集、顯示和處理。

2? 系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，即為基于LabVIEW的壓力變送器標定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括數(shù)據(jù)采集卡、上位機、LabVIEW軟件系統(tǒng)、驅(qū)動電路和液壓加載裝置。

待檢壓力變送器連接在數(shù)據(jù)采集卡的輸入口上，數(shù)據(jù)采集卡通過USB連接在上位機上，在上位機中開發(fā)LabVIEW軟件系統(tǒng)，驅(qū)動電路通過串行接口與上位機和開發(fā)LabVIEW軟件系統(tǒng)連接，驅(qū)動電路和液壓加載裝置電性連接。LabVIEW軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊，驅(qū)動電路由LabVIEW軟件系統(tǒng)的控制模塊控制，進而控制主電機61和調(diào)節(jié)電機611的運行。

2.2 液壓加載裝置設(shè)計

如圖2所示即為液壓加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括主電機61、泵63、油路64、油箱68、傳動系統(tǒng)。

液壓加載裝置結(jié)構(gòu)連接關(guān)系為：主電機61與泵63同軸聯(lián)接，油路64接頭安裝在泵63的出油口，油路64另一頭與油箱68連接。其中的傳動系統(tǒng)包括動齒輪69、主動齒輪610、調(diào)節(jié)電機611，其關(guān)系為：從動齒輪69和主動齒輪610嚙合，主動齒輪610同軸固定安裝在調(diào)節(jié)電機611的輸出軸上，驅(qū)動電路分別與主電機61和調(diào)節(jié)電機611電性連接。此外，電機61和泵63之間的軸上設(shè)置有聯(lián)軸器62，軸器62將泵63的輸入軸和主電機61的輸出軸同軸聯(lián)接。油路64上依次連接有蓄能器65、標準壓力表66和調(diào)壓閥67，標準壓力表66與數(shù)據(jù)采集卡連接，可以將標準壓力表66上的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡2上，調(diào)壓閥67卸油口通過油路64與油箱68連接。油路64在標準壓力表66和調(diào)壓閥67設(shè)置有分流油管，油路64的分流連接待檢壓力變送器1。調(diào)壓閥67上設(shè)置有手柄，手柄與從動齒輪69同軸固定連接，手柄可以調(diào)節(jié)調(diào)壓閥67產(chǎn)生的油壓。

3? 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集和標定系統(tǒng)設(shè)計

LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)工具，在數(shù)據(jù)采集方面優(yōu)勢明顯，其開發(fā)周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和存儲一體化，廣泛引用于測試行業(yè)、工業(yè)自動化領(lǐng)域，且人機交互良好[6-8]?；贚abVIEW的數(shù)據(jù)采集界面如圖3所示，外部數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集卡進行連接，將壓力變送器連接到數(shù)據(jù)采集卡之后，方可采集壓力變送器的實時數(shù)據(jù)。

4? 系統(tǒng)工作過程分析

結(jié)合圖1至圖3，其工作原理為：使用時，將待檢壓力變送器與本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡的輸入口連接，通過控制模塊發(fā)出指令控制驅(qū)動電路，進一步控制主電機轉(zhuǎn)動，使得液壓加載裝置為待檢壓力變送器提供油壓，可以通過LabVIEW軟件系統(tǒng)的控制模塊控制手柄以調(diào)節(jié)調(diào)壓閥產(chǎn)生的油壓。數(shù)據(jù)采集卡將待檢壓力變送器和標準壓力表檢測到的油壓信號發(fā)送到上位機，并在LabVIEW軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的處理、顯示和存儲，待檢壓力變送器與標準壓力表所采集到的數(shù)據(jù)進行分析對比，得出處理結(jié)果。

5? 結(jié)語

本文設(shè)計的壓力變送器標定系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓力變送器標定過程的在線監(jiān)測、采集、顯示和處理的一體化，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工鑒定過程的全監(jiān)控，并且系統(tǒng)具有良好的人機交互界面。采用先進的計算機數(shù)據(jù)自動處理方法，保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的合理性和準確性。這為今后在線檢測技術(shù)的發(fā)展提供一種技術(shù)方案基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[3]趙明麗，馬淑華.基于虛擬儀器技術(shù)的壓力變送器自動檢定管理系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（10）：150，152.

[4]魏榕山，吳司熠.基于LabVIEW的MEMS傳感器自動標定校準系統(tǒng)[J].電子科技，2018，31（02）：48-50，55.

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