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基于LabVIEW的壓力變送器自动校准系统的研制

秦亭亭,马 力,洪 扁,冯齐斌,徐 煦


序 言

        壓力變送器是一種將壓力轉換成氣動信號或電動信號進行控制和远传的设备。它能感受压力并将压力信号转变为可传送的标准输出信号,如4mA ~ 20mA 电流信号或1V ~ 5V 电压信号。壓力變送器因其具有工作可靠、准確度等級高、性能穩定、抗幹擾能力強和測量信號傳輸距離遠等優點,在工業現場得到了廣泛使用。爲保證壓力變送器的准確性和穩定性,必須將其送至計量部門周期檢定或校准。目前本院的壓力變送器的校准方法爲將單台被檢壓力計與壓力標准器(壓力標准器一般使用數字壓力控制器)相連,手動設置壓力標准器壓力值,待系統壓力穩定後讀取被檢壓力計輸出信號值,將此信號值手工記錄在紙質原始記錄中,並人工將測試數據輸入到計算機中進行數據處理,最終出具測試報告。這一過程存在測試周期長、過程繁瑣的弊病;其次測量結果通常采用人工記錄,不能對數據進行有效的管理和存放,在一定程度上影響日後的數據處理。另外,壓力變送器大多使用在工業現場,其拆卸直接影響生産過程。因此,很多送檢廠家要求其樣品的校准時間越快越好,然而隨著送檢樣品的增多,人工校准已經難以滿足客戶的要求,針對這些問題,開發出一套多通道壓力變送器校准系統迫在眉睫。

图1 多通道壓力變送器自動校准系統程序框圖.png

图1 多通道壓力變送器自動校准系統程序框圖

Fig.1 Program block diagram of multi-channel pressure transmitter

automatic calibration system


一、系統軟件部分介紹

       本项目采用LabVIEW 对上位机进行编程,LabVIEW是一种图形化编程语言,作为数据采集和仪器控制軟件的標准,被廣泛應用于工業界、學術界與研究性實驗室。本項目主要的流程包括:多個被檢壓力計信息及校准環境參數錄入與保存、多通道采集器與數字壓力控制器的通訊與參數設置、多通道數據采集器及標准電阻的參數值修正、數字壓力控制器的自動控制和稳定判断、多通道数据采集器的通道选择与数据采集、多个压力计的原始记录生成与EXCEL 存储。为使程序合理布局,本文采用子VI 方法,把以上所述的各功能模块创建成一个子VI,可以被主程序或其他子VI 调用。以下就关键的几个子VI 做详细介绍。程序框图如图1 所示。

1、1 多个被检压力计信息及校准环境参数录入与保存

       在LabVIEW 前面板中创建信息录入表格、主原始记录表格及分表原始记录表格,信息录入表格中填入多个被检壓力變送器的基本信息,包括:被检表的流转单号、被检表名称、型号、编号及老司机影院厂家,然后依次填入被检表压力单位、输出信号单位、压力低值与压力顶值、信号低值与信号顶值、校准环境温度、校准环境湿度、检定员、核验员以及校准日期,输入的基本信息与环境参数信息可直接录入到相应的EXCEL 原始记录中。利用输入的压力量程,信號量程及被檢表的准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後可直接保存到相應的文件中,方便後期查詢。

1、2 数字压力控制器的通訊與設置

       将数字压力控制器的RS232 端口与计算机上对应接口以“点对点”方式连接,完成物理连接后,利用LabVIEW中visa 函数实现仪器通信。通过visa 写入与读取,实现对控制器的數據寫入與信息讀取。數字壓力計設置包括設定壓力值、壓力單位及壓力模式(絕壓或表壓),設定壓力測量與控制模式切换,设定是否允许超压,设定压力量程和被校压力点等。校准开始前,根据被校仪器的压力单位,在程序中可通过下拉菜单选择Pa,kPa,MPa,bar 等常用的压力计量单位,压力单位修改后,系统可根据相应换算关系进行调整。针对被校仪表的压力模式选择绝压或表压,绝压模式下的压力值等于表压压力值加上气压计压力值。另外,设置了当前压力,供气端压力值的显示,可及时发现压力异常情况。设置压力控制按鈕,可實現壓力的自動控制,系統壓力達到設定壓力值允許誤差範圍內時點亮系統穩定按鈕,此時系統壓力達到設定壓力值。另外,通過設置壓力頂值,壓力底值和設定壓力數組可選擇自動或手動輸入所有壓力校准點。

1、3 多通道采集器与精密电阻的修正

       多通道数据采集器属于电子类测量仪表,此类仪表内部存在一定的漂移性和不确定性,经过长时间的测量活动或在存放中受到环境( 比如灰尘和温湿度) 的影响会在测量时产生误差。另外,精密电阻由于温度变化等因素也会有一些阻值漂移。因此,本项目在软件系统中加入了电压和阻值修正,如图2 报告中的修正值输入至修正值表格中,点击保存修正值后,系统校准过程中自动引用该修正值,直至修正值再次改变。

图2 数据采集器及电阻修正子VI.png

图2 数据采集器及电阻修正子VI

Fig.2 Data collector and resistance fixer VI


1、4 校准过程设计

       系统校准过程分为手动模式和自动模式,手动模式下,设置被检压力点,选择数据采集器通道,设定时间,待压力值稳定后,点击单次校准按钮,此时将设定时间内的多通道数据采集器采集值取平均值后填入相应表的校准数据中,水平进度条显示校准过程正在进行或结束,点击停止按钮可强行停止校准过程。若选择自动校准模式,需先设定压力校准数组,将所有需要校准的压力点输入至数组中,点击全程校准按钮,会按照设定的压力点一次校准,并将數據填到相應表格中,直至完成所有設定壓力點的校准。

图3 多通道壓力變送器自動校准系統主界面.png

图3 多通道壓力變送器自動校准系統主界面

Fig.3 Main interface of the multi-channel pressure transmitter

automatic calibration system


二、 整体系统设计

       本文设计的基于LabVIEW 的多通道壓力變送器校准系统主界面如图3 所示,被检壓力變送器安裝完成後,一次輸入被檢表信息,設定數字壓力控制器参数、设置多通道数据采集器参数,开始校准过程。校准结束后,生成相应原始记录,可以选择保存原始记录,或者将原始记录保存到指定的EXCEL 模板中,用于后续的证书处理,如图4 所示。

图4 EXCEL原始记录保存.png

图4 EXCEL原始记录保存

Fig.4 EXCEL Original record saving

三、結束語

       本文利用数字压力控制器和数据采集器的RS232 接口,实现与上位机的通訊與連接。通過上位機編程,實現數字壓力控制器與多通道數據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,該系統可同時實現多個通道壓力變送器的同时校准,并可以生成相应原始记录,该系统生成的原始记录可上传至指定的EXCEL 模板中,提高了壓力變送器的校准效率。



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