王 旭，張 崇，趙丹陽(yáng)，張昊喆，王雪松

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

0 引言

目前，吉林省自動(dòng)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(shí)間的增加，PTB系列的氣壓傳感器受自然損耗影響，會(huì)引起數(shù)字量的漂移，造成超差問題[3，4]。近年來，在計(jì)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(shì)。PTB系列氣壓傳感器價(jià)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(zhǎng)氣壓傳感器的使用壽命，降低采購(gòu)經(jīng)費(fèi)是十分必要的。

超差問題也得到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的高度重視。孟憲羅等對(duì)PTB220型氣壓傳感器的誤差進(jìn)行了調(diào)試方法設(shè)計(jì)，但尚未對(duì)誤差計(jì)算進(jìn)行深入分析；黃清治等對(duì)PTB330型氣壓傳感器超差調(diào)試進(jìn)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(duì)PTB系列氣壓傳感器數(shù)字量進(jìn)行調(diào)差的方法，以保證氣壓數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 工作原理

在新型自動(dòng)氣象站中，PTB系列氣壓傳感器采用數(shù)字量進(jìn)行傳輸。因此文章以數(shù)字量信號(hào)進(jìn)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(hào)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(yùn)行PC的串口調(diào)試軟件，選擇與傳感器相連的串口號(hào)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(dòng)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(diǎn)調(diào)試為例，經(jīng)過多次試驗(yàn)，分別總結(jié)出調(diào)試步驟。

2.1 PTB220型傳感器

對(duì)使用PTB220型傳感器的氣壓傳感器進(jìn)行誤差校正之前，需要運(yùn)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(jí)終端區(qū)輸入命令進(jìn)行控制；若想對(duì)該氣壓傳感器進(jìn)行進(jìn)一步修正，則需要將該氣壓傳感器的原始修正值恢復(fù)為無修正，即修正值為0的狀態(tài)，該狀態(tài)可以運(yùn)行“mpc off”關(guān)閉傳感器多點(diǎn)的修正值，使傳感器的原始修正值恢復(fù)為0；隨后運(yùn)行“mpci”指令，顯示“reading?”，輸入此次校準(zhǔn)示值點(diǎn)的修正值，鍵入“mpc on”激活當(dāng)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(jìn)行效果驗(yàn)證[6]。

2.2 PTB330型傳感器

對(duì)使用PTB330傳感器的氣壓傳感器進(jìn)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(dāng)前的調(diào)整模式可用。運(yùn)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(duì)PTB330重新調(diào)整，應(yīng)先禁用多點(diǎn)和線性調(diào)整功能，需要在超級(jí)終端區(qū)依次鍵入“mpcp1 off”“l(fā)cp1 off”命令，再運(yùn)行“mpcp1”命令輸入多點(diǎn)校正的修正值，然后運(yùn)行“mpcp1 on”命令激活修正值；最后關(guān)閉ADJ按鈕，輸入“reset”命令進(jìn)行效果驗(yàn)證。

3 誤差計(jì)算

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

1)PTB220型誤差計(jì)算公式

(1)

2)PTB330型誤差計(jì)算公式

(2)

4 實(shí)驗(yàn)分析

首先，利用現(xiàn)有3MS系統(tǒng)，自動(dòng)完成氣壓傳感器的計(jì)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(tái)，連接到系統(tǒng)中以驗(yàn)證調(diào)試方法及誤差計(jì)算公式的準(zhǔn)確性；最終得到調(diào)試前后的誤差對(duì)比。

根據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)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(dòng)氣象站氣壓傳感器檢定規(guī)程》的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章基于串口通信方式對(duì)PTB系列氣壓傳感器數(shù)字量進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(dá)100%。該方法對(duì)延長(zhǎng)PTB系列氣壓傳感器的使用壽命起到了積極作用，同時(shí)對(duì)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(dòng)完成的，調(diào)差的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高。