PTB220氣壓傳感器的設置與校準

曹凱明,王 強,周 楓

(貴州省大氣探測技術與保障中心,貴州 貴陽 550002)

PTB220氣壓傳感器的設置與校準

曹凱明,王 強,周 楓

(貴州省大氣探測技術與保障中心,貴州 貴陽 550002)

該文介紹 PTB220數字氣壓傳感器的工作原理,通過使用超級終端對氣壓傳感器進行設置和校準,使超差的氣壓傳感器誤差控制在允許范圍內,為自動氣象站氣壓傳感器的維修和校準提供參考。

氣壓傳感器;設置;校正

1 引言

目前,貴州省氣象臺站的自動氣象站和部分多要素區域自動氣象站所使用的氣壓傳感器均采用的是VSALA公司生產的 PTB220數字氣壓傳感器。該傳感器適用于實驗室條件下氣壓的精確測量,也能適應自然環境下的自動氣象站氣壓測量的要求。但在自動站設備維修和現場校準中,有時會碰到無法連接或數據超差的情況,通過 RSR232串口連接重新設置氣壓傳感器的參數并進行數字量的調整,從而能將有問題的氣壓傳感器修復后,重新投入到臺站業務觀測中去。

2 工作原理和性能參數

PTB220的工作原理是基于一個先進的震蕩電路、微處理器和 3個參考電容組成的數字壓力傳感器,在進行壓力測量的同時也測量空氣溫度,傳感器中的微處理器自動進行壓力的線性補償和溫度補償,當得到壓力變化時,硅薄膜彎曲使傳感器真空室高度發生變化,導致傳感器電容值發生變化,通過轉換輸出經過線性補償和溫度修正后的壓力值。傳感器內置過壓保護開關,主要技術性能參數如下：

壓力范圍：500～1 00hPa;

工作溫度范圍：-40～60℃;

總精度：±0.25hPa;

長期穩定性：±0.10hPa/a;

輸出可選：RS232C/TTL、RS485/RS422串行口或RS232C/0-5VDC(4-20mA)

3 設備連接和設置

對 PTB220傳感器進行通信參數設置之前必須對其先通訊連接。PTB220氣壓傳感器有一個 RS-232C串行接口,我省七要素自動站氣壓校準采用RS-232C串行接口。

3.1 連接需用到以下設備和工具：

①一臺有 RS232串行口的計算機;

②12V直流穩壓電源一臺;

③RS232串口通信電纜一根 (連線如圖 1所示)

圖 1 PTB220串口連接圖

3.2 初始設置

3.2.1 運行W INDOWS自帶的超級終端或其它串口通信軟件,將串口的端口參數按照表 1進行設置,并打開端口。

表 1 PTB220端口的工廠設置

3.2.2 接通氣壓計電源。超級終端窗口中會顯示“PTB220/3.05”之類的信息及“＞”提示符,說明氣壓計與電腦通信成功。(若先接通氣壓計電源,后打開超級終端通信端口,則無此顯示信息)

3.2.3 在“＞”提示符后鍵入以下幾個命令即可實現氣壓值的讀取;

①r＜cr＞,連續顯示當前氣壓值。

②s＜cr＞,停止氣壓值顯示,并回到“＞”提示符狀態。

③Send＜cr＞,顯示當前氣壓值。

4 氣壓校準

4.1 校準方法

當標準氣壓儀與 PTB220氣壓傳感器進行比對后,各檢定點測量誤差的總平均 ＞±0.2hPa時,應根據各檢定點的誤差大小和方向,選擇校正方法。如果在整個測量范圍內各壓力點上測量誤差方向一致而且誤差分布均勻的話,可采用單點調整法(基點平移法),調整量根據全量程各壓力點誤差的總平均值來調整。如果在整個測量范圍內各壓力點的測量誤差具有分段分布現象,應采用兩點調整法 (即截距調整和斜率調整法)。如果在全量程范圍內各壓力點測量誤差分布比較離散,應采用多點調整法。

在檢定環境下,首先使用 LC和MPC命令進行線性校正和多點校正,以便于重新調整氣壓,使氣壓恢復到出廠設置的氣壓和溫度調整系數。LCI命令被用來進行新的線性偏置校正和偏置/增益校正。用戶選擇單點偏置和兩點偏置時,可以使用LCI命令。使用MPCI命令進入新的多點校正,可以對氣壓傳感器進行 1～8個不同氣壓點的多點校正。

4.2 操作模式

PTB220氣壓傳感器使用MMODE氣壓表檢測模式命令。由 S W4開關保護,通常 S W4處于關閉(OFF)狀態,當用戶將 S W4打開 (ON)時就可以選擇新的MMODE命令,進入新的線性或多點修正,即在給 PTB220氣壓傳感器校正前,要將 S W4開關打開,并在校正完后將 S W4開關關閉。

4.3 校準

選取 1臺送檢的 PTB220氣壓傳感器進行校準,編號：X1240138。將氣壓傳感器通過 3通與標準氣壓儀、精調氣壓源連成一個封閉的測量系統,并通過串口連接計算機進行讀取和設置,在標準器和傳感器加電預熱 30min后,按規程在滿量程條件下與標準器進行比較檢定。

4.3.2 常壓比對 將精調氣壓源連接閥門打開,使氣壓標準器與 PTB220氣壓傳感器與外界連通,從超級終端直接輸入“r”命令讀取 PTB220氣壓傳感器示值,與氣壓標準器示值相比較,結果如表 2所示。

表 2 常壓下傳感器與標準器示值比對 (單位：hPa)

由表 2所示誤差 +0.38hPa,超過規程規定氣壓傳感器本身的最大允許誤差 ±0.2hPa,因此X1240138傳感器校準不合格,需要進行校正。

4.3.1 全量程 在氣壓檢定規程的量程下與標準器進行比較校準,示值如表 3所示。

表 3 氣壓傳感器與標準器示值比對 (單位：hPa)

以上結果修正值的平均值為：-0.298hPa,超過規程規定氣壓傳感器本身的最大允許誤差 ±0.2hPa,且可看出各壓力點的誤差值比較分散,應采用多點調整法。

在超級終端數據區輸入 mpc on命令,會顯示傳感器的初始標定值,先用 mpc off忽略掉初始標定值,然后敲入以下命令進行校正：

以上是按規程規定的多點調整法對 X1240138傳感器進行了調整,調整后重新與標準器進行比較校準,結果如表 4。

表 4 氣壓傳感器與標準器示值比對 (單位：hPa)

以上結果修正值的平均值為：+0.056hPa,已在允許誤差范圍內,可以正常使用。

5 結束語

結合 PTB220氣壓傳感器的調整實例,通過使用超級終端對 PTB220氣壓傳感器進行數字量調整的方法,解決了氣壓超差問題,免去故障設備往返廠家的時間,有效縮短設備返修時間,提高工作效率。同時減少設備的維修費用、降低維修成本、減少對自動站備件的儲備,大幅度減少運行成本,也為自動站超差氣壓傳感器的調整提供參考。

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1003-6598(2010)05-0040-03

2010-04-01

曹凱明 (1979-),男,工程師,主要從事氣象裝備保障工作 。