基于溫度校準(zhǔn)的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

王衛(wèi)華，劉春艷，肖雷

(1.中國人民解放軍91663部隊，山東 青島 266071；2.中國人民解放軍91181部隊，山東 青島266000)

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基于溫度校準(zhǔn)的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

王衛(wèi)華1，劉春艷1，肖雷2

(1.中國人民解放軍91663部隊，山東 青島 266071；2.中國人民解放軍91181部隊，山東 青島266000)

摘要：針對現(xiàn)場測試需求，將標(biāo)準(zhǔn)溫度作為壓力補(bǔ)償模型的影響量來源，設(shè)計了基于溫度校準(zhǔn)的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀。校驗(yàn)儀利用上位機(jī)程序獲得標(biāo)準(zhǔn)溫度和內(nèi)置溫度傳感器輸出值對應(yīng)列表，建立溫度修正模型，確保參與壓力顯示的溫度引入量準(zhǔn)確，能有效降低溫度傳感器漂移帶來的影響。

關(guān)鍵詞：上位機(jī)；溫度；校準(zhǔn)；壓力；校驗(yàn)儀；漂移

0引言

壓力表是利用感壓元件測量密閉空間壓力并通過讀數(shù)裝置顯示的儀表。它廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、能源和國防等領(lǐng)域，能夠有效保證裝備和人身安全。

當(dāng)前壓力表合格判定多以實(shí)驗(yàn)室檢定為主，存在周期長、運(yùn)輸和拆卸易造成裝備及儀表故障、檢定數(shù)據(jù)不適用于實(shí)際工作環(huán)境等不足[1]。因此，越來越多的客戶提出現(xiàn)場測試需求，這促進(jìn)了壓力表檢定裝置朝著小型化、便攜化方向發(fā)展，其中HX601B智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀和CST273智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀應(yīng)用較廣。在這類校驗(yàn)儀中，普遍內(nèi)置了溫度傳感器對顯示壓力進(jìn)行溫度補(bǔ)償，拓寬了指定精度的溫度適用范圍，為開展現(xiàn)場測試提供了條件。然而隨著時間的推移，溫度傳感器會逐步產(chǎn)生漂移，并且經(jīng)過固定的溫度補(bǔ)償模型轉(zhuǎn)換會使非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下校驗(yàn)儀的壓力顯示產(chǎn)生誤差。當(dāng)溫度傳感器漂移較大時，甚至?xí)霈F(xiàn)與實(shí)際情況相反的測試結(jié)果。為此，本文結(jié)合某型準(zhǔn)確度等級為0.05級、量程為0～10 MPa、適用范圍為0～40 ℃的貨架產(chǎn)品設(shè)計了基于溫度校準(zhǔn)的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀。

1校驗(yàn)儀原理

該型數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的工作原理：在壓力范圍內(nèi)選取若干典型壓力值點(diǎn)，在不同溫度下分別測出對應(yīng)的壓力AD轉(zhuǎn)換值；繪制標(biāo)準(zhǔn)壓力-溫度-壓力AD轉(zhuǎn)換值曲線，建立溫度-壓力補(bǔ)償模型；在現(xiàn)場測試時，溫度傳感器獲得現(xiàn)場溫度信號、壓力傳感器獲得壓力AD轉(zhuǎn)換值，利用補(bǔ)償模型計算獲得壓力顯示值。在該過程中，建立的溫度-壓力補(bǔ)償模型為固定模型，其使用的溫度值是恒溫箱設(shè)定值下溫度傳感器的輸出值。只有溫度傳感器穩(wěn)定性非常好時，才不會為壓力顯示帶來引入誤差。

本文基于溫度校準(zhǔn)研制的校驗(yàn)儀的原理為：將壓力校驗(yàn)儀和標(biāo)準(zhǔn)溫度計同時放入恒溫箱，建立標(biāo)準(zhǔn)溫度-壓力補(bǔ)償模型；選取若干溫度點(diǎn)，獲得標(biāo)準(zhǔn)溫度計顯示溫度和溫度傳感器輸出值對應(yīng)表，建立溫度修正模型；每次溯源時，對標(biāo)準(zhǔn)溫度和溫度傳感器輸出值對應(yīng)表進(jìn)行調(diào)整。在現(xiàn)場測試時，溫度傳感器獲得現(xiàn)場溫度信號，校驗(yàn)儀通過溫度修正程序?qū)⒃撔盘栃?zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)溫度值，結(jié)合壓力傳感器獲得的壓力AD轉(zhuǎn)換值計算得到壓力顯示值。

2校驗(yàn)儀的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)

2.1　溫度校準(zhǔn)功能

溫度校準(zhǔn)主要作用是將溫度傳感器輸出值校準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)值，并顯示在LED屏幕上。與原產(chǎn)品相比，增加的主要工作：編制上位機(jī)程序讀取溫度傳感器輸出值，將對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和輸出值發(fā)送至校驗(yàn)儀(流程見圖1)；利用線性修正原理，在校驗(yàn)儀原程序中增加溫度修正程序，將輸出值校準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1　軟件流程圖

準(zhǔn)備工作：把標(biāo)準(zhǔn)溫度計、研制的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀放入恒溫箱，安裝有上位機(jī)程序的計算機(jī)放在恒溫箱外部，通過RS232線纜將校驗(yàn)儀與計算機(jī)相連接。

溫度量程和校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置：啟動上位機(jī)程序(見圖2)，設(shè)置溫度范圍上限為40℃、下限為0℃、校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)為5；單擊“發(fā)送”，將當(dāng)前信息框中的數(shù)據(jù)發(fā)送到校驗(yàn)儀；單擊“分配”，計算機(jī)根據(jù)上限、下限及校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)自動計算并在計算機(jī)上生成溫度列表，其標(biāo)準(zhǔn)溫度值分別為0，10，20，30，40 ℃(參見圖3)。

圖2　溫度量程和校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置

圖3　溫度列表的生成和發(fā)送

單擊“刷新”可以讀取當(dāng)前端口下溫度的量程上下限及校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)。

溫度列表的生成和發(fā)送：在生成的溫度列表中選中第一行，設(shè)定恒溫箱溫度為0℃，待溫度穩(wěn)定后，讀取標(biāo)準(zhǔn)溫度計的顯示值并將其記入標(biāo)準(zhǔn)值y1；單擊“讀取溫度值”，計算機(jī)自動讀取溫度傳感器輸出值x1；單擊“發(fā)送”，將當(dāng)前選中溫度點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值和輸出值輸送至校驗(yàn)儀，溫度列表中的溫度標(biāo)準(zhǔn)值和輸出值自動更新。依次選中第二至五行，重復(fù)上述動作，獲得并發(fā)送四組標(biāo)準(zhǔn)值和輸出值對應(yīng)數(shù)組。

如出現(xiàn)工作中斷，單擊圖2“刷新”按鈕，讀取當(dāng)前端口下溫度的量程上下限及校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)；單擊“分配”按鈕，進(jìn)入溫度列表生成和發(fā)送界面；單擊圖3“刷新”按鈕，讀取已存在的溫度數(shù)據(jù)，繼續(xù)工作。

溫度校準(zhǔn)：在現(xiàn)場測試時，校驗(yàn)儀內(nèi)置溫度傳感器獲得溫度輸出值x。溫度修正程序判斷并得出xi

(1)

當(dāng)xxi+1時，環(huán)境溫度超過校驗(yàn)儀工作范圍，校驗(yàn)儀報警，檢定人員停止工作。

2.2　壓力校準(zhǔn)功能

壓力校準(zhǔn)主要作用是將現(xiàn)場測試時獲得的標(biāo)準(zhǔn)溫度值引入建立的標(biāo)準(zhǔn)溫度-壓力補(bǔ)償模型，獲得校準(zhǔn)后的壓力值，并將其顯示在LED屏幕上。與原產(chǎn)品相比，主要的不同之處在于補(bǔ)償模型采用的是標(biāo)準(zhǔn)溫度。

準(zhǔn)備工作：把標(biāo)準(zhǔn)溫度計、研制的數(shù)字壓力校驗(yàn)儀放入恒溫箱，檢定裝置和安裝有上位機(jī)程序的計算機(jī)放在恒溫箱外部，通過軟管和RS232線纜將校驗(yàn)儀分別與檢定裝置和計算機(jī)相連接。

調(diào)解實(shí)驗(yàn)室溫度位于(20±2)℃范圍內(nèi)[2]。

標(biāo)準(zhǔn)壓力、標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力傳感器輸出值對應(yīng)列表的生成和發(fā)送：設(shè)置恒溫箱溫度為5℃，讀取標(biāo)準(zhǔn)溫度計讀數(shù)，利用檢定裝置分別產(chǎn)生0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 MPa的標(biāo)準(zhǔn)壓力，獲得校驗(yàn)儀內(nèi)部壓力傳感器輸出的AD轉(zhuǎn)換值，生成列表并發(fā)送到校驗(yàn)儀。

依次設(shè)置恒溫箱溫度為15，25，35℃，獲得列表并發(fā)送到校驗(yàn)儀。

壓力校準(zhǔn)：在現(xiàn)場測試時，校驗(yàn)儀根據(jù)獲得的標(biāo)準(zhǔn)溫度值、壓力傳感器獲得的AD轉(zhuǎn)換值，結(jié)合生成的標(biāo)準(zhǔn)壓力-標(biāo)準(zhǔn)溫度-AD轉(zhuǎn)換值列表，通過該型校驗(yàn)儀原有修正程序校準(zhǔn)獲得壓力顯示值。

3校驗(yàn)儀的溯源

3.1　首次檢定

校驗(yàn)儀研制完成后，按照J(rèn)JG 875-2005《數(shù)字壓力計檢定規(guī)程》的要求完成檢定。之后，將其放入恒溫箱，將檢定裝置放在恒溫箱外，通過軟管將校驗(yàn)儀與檢定裝置連接。分別設(shè)置恒溫箱溫度在0，10，30，40℃，依次按照檢定規(guī)程要求完成示值誤差和回程誤差的測量，保證在四個溫度點(diǎn)下校驗(yàn)儀滿足精度指標(biāo)要求。

3.2　周期檢定

校驗(yàn)儀在周期檢定時，重新設(shè)置溫度量程和校準(zhǔn)點(diǎn)；單擊“發(fā)送”將當(dāng)前信息框中的數(shù)據(jù)發(fā)送到校驗(yàn)儀，并刪除校驗(yàn)儀內(nèi)已有溫度列表數(shù)據(jù)；參照2.1條獲得標(biāo)準(zhǔn)溫度與溫度傳感器輸出值對應(yīng)表，并將相關(guān)信息發(fā)送到校驗(yàn)儀。

按照檢定規(guī)程要求完成校驗(yàn)儀的檢定。

4結(jié)束語

本文基于對內(nèi)部溫度傳感器的校準(zhǔn)設(shè)計了一種數(shù)字壓力校驗(yàn)儀，通過線性修正算法建立了溫度修正模型，調(diào)整原貨架產(chǎn)品溫度傳感器輸出值-壓力補(bǔ)償模型為標(biāo)準(zhǔn)溫度-壓力補(bǔ)償模型，能夠有效減少溫度傳感器漂移引入的壓力誤差。

在實(shí)際研制過程中，可通過實(shí)驗(yàn)確定適用于不同類型溫度傳感器的修正算法，還可通過增加溫度傳感器校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)，提高溫度傳感器的修正精度。同時還可以擴(kuò)展壓力和溫度修正的上下限，以適用于更復(fù)雜的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 王衛(wèi)華.壓力儀表原位檢測方法研究[J] .計測技術(shù)，2007 27(3)：56-58.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 875-2005數(shù)字壓力計檢定規(guī)程[S] .北京：中國計量出版社，2006.

福祿克熱像儀助力天津爆炸現(xiàn)場檢測

工業(yè)儀器往往在一些重大安全事件中大顯身手。天津港“8·12”特大火災(zāi)爆炸事故，不但造成了大量人員傷亡，同時對周邊的小區(qū)住宅也造成了嚴(yán)重?fù)p毀。在對受損房屋檢測過程中，觀眾從電視臺的新聞報道里可以看到一款“神器”——福祿克熱像儀。

福祿克工程師正在使用福祿克TiX640熱像儀檢測房屋受損情況

作為測量工具的知名生產(chǎn)企業(yè)，福祿克公司的產(chǎn)品一直受到用戶的肯定和稱贊。那么，在這次爆炸現(xiàn)場的檢測工作中，福祿克Tix640熱像儀發(fā)揮了那些獨(dú)特的作用？

據(jù)報道，天津大爆炸發(fā)生后，距離爆炸區(qū)域較近的小區(qū)均受到了不同程度的影響。由于都是高層住宅，為了確保房屋安全性，避免二次傷害，福祿克紅外熱像天津區(qū)域的工程師第一時間來到了現(xiàn)場，勘察了324戶房屋的受損情況。在勘查過程中，工程師使用福祿克TiX640熱像儀，通過拍攝的紅外熱圖，對受損房屋的主體結(jié)構(gòu)、頂點(diǎn)水平位移、外墻保溫層的破損程度進(jìn)行了全面檢測。目前，這324戶居民受損嚴(yán)重的房屋現(xiàn)場檢測工作已經(jīng)完成，并已進(jìn)入數(shù)據(jù)匯總分析報告的階段。

福祿克公司的專業(yè)人士介紹說，作為現(xiàn)場勘查利器的這款熱像儀，其性能和功能均達(dá)到工業(yè)級熱像儀的一級水平，在設(shè)備維護(hù)、科研研發(fā)等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。比如，其單幅像素高達(dá)2048×1536 dpi，500 m外可檢測直徑為5厘米的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離檢測，可區(qū)分極細(xì)微的溫差，而且測溫范圍高達(dá)2000℃，精度在全量程范圍高達(dá)±1.5%或±1.5℃，比國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)高出25%。

(劉倩倩報道)

Designand Implementation of a Digital Pressure Calibrator Based on Temperature Calibration

WANG Weihua1，LIU Chunyan1，XIAO Lei2

(1.Unit 91663 of PLA，Qingdao 266071，China；2.Unit 91181 of PLA，Qingdao 266000，China)

Abstract：For on-site test requirements，we design a digital pressure calibrator based on temperature calibration verification，viewing the standard temperature as the source of influence quantities on a pressure compensation model.The digital pressure calibrator makes use of PC programs to get a list of the standard temperature and the corresponding output values of temperature sensors.A temperature correction model is built to ensure accurate temperature values for pressure display.In this way，we can effectively reduce the impact of the built-in temperature sensor drift.

Key words：PC；temperature；calibration；pressure；calibrator；drift

作者簡介：王衛(wèi)華(1976-)，男，河北永清人，高級工程師，碩士，從事計量管理和壓力計量等方面研究。

收稿日期：2015-07-17

中圖分類號：TB935；TB942

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-5795(2015)05-0071-03

doi：10.11823/j.issn.1674-5795.2015.05.17