基于PPC4E數字式壓力控制器的壓力儀表自動檢定/校準技術研究

鄭金娟，郭勇冠

(中國飛行試驗研究院，陜西西安710089)

0 引言

壓力是工業生產中的重要參數，壓力檢測設備被廣泛應用于航空工業的各類控制及測試系統。尤其近幾年我國航空工業高速發展，型號試飛任務繁重，對壓力參數的計量工作提出了更高的要求。計量工作必須保證整個飛行試驗過程中參數量值的統一性、測試數據的準確性及各類儀器設備的安全性、可靠性。因此，迫切需要在檢定/校準工作中減少人為因素的影響，提高計量工作的準確度和效率。

1 實驗室用PPC4E簡介

PPC4E是美國FLUKE公司推出的一款數字式壓力控制器，旨在實現從校準實驗室到制造業中的高性能通用氣體壓力校準。作為壓力標準器，能夠實現壓力的全自動控制，其融合了最佳特性、測量技術和來自DHI部門的專利PPC壓力控制技術，可提供極為廣泛的壓力量程覆蓋范圍，實現絕壓、表壓和雙向表壓模式的任意切換，其提供的±0.02%不確定度水平適用于最常見的計量檢定/校準工作。同時，PPC4E配置的RS－232及IEEE－488.2遠程接口能夠方便的實現與計算機的通訊。

結合日常計量工作以及實驗室現有設備，本文主要介紹了實驗室用0～7 MPa PPC4E數字式壓力標準裝置在計量中的應用及其基于LabVIEW平臺的自動化計量技術。PPC4E數字式壓力標準裝置主要由氮氣瓶、真空泵、PPC4E控制器、油氣分離裝置和被檢壓力儀表接口構成，其結構圖如圖1所示。油氣分離裝置能夠隔離被檢設備帶來的油污染，防止PPC4E裝置及其連接管路受到污染，三個被檢壓力儀表接口分別配有不同尺寸的轉接口，確保該裝置可以連接不同類型的壓力儀表。

在手動計量檢定壓力儀表時，通過PPC4E控制器的面板選定量程、單位和壓力目標值，等待壓力達到目標值后手動記錄被檢儀表和標準器值，如此單點設定，單點檢定。對于較多檢定點時，每一次都需要重新設定、等待并記錄，因此采用這種手動方式比較費時費力，型號試飛任務繁重時很難提供及時有效的保障。而如果能夠利用LabVIEW軟件編程實現自動循環分點檢定/校準，自動采集，對于不能實現遠程控制的儀表可以手動輸入數據，并且自動對數據進行處理，生成相應的記錄和報告，將會極大的提高科研試飛儀表檢定/校準的保障能力和效率。

圖1 PPC4E標準裝置結構圖

2 基于PPC4E實現自動檢定/校準

2.1 系統組成

依據PPC4E壓力標準裝置自身特性對其進行遠程控制，實現自動檢定/校準。其系統主要由PPC4E標準裝置、數據采集單元、計算機、打印機、以及被檢壓力儀表組成，采用串口通訊保證準確快速的數據交換。改造方案框圖如圖2所示。

圖2 改造方案框圖

2.2 工作原理

安裝前必須對被檢儀表進行檢查，包括外觀、銘牌以確定產品的名稱、規格型號、準確度等級、測量范圍以及額定工作壓力和輸出信號等技術指標。同時，用改變輸入壓力的方法對輸出信號上下限值進行調整，保證與理論輸出上下限值保持一致，以壓力傳感器或變送器為例，一般是通過調節“零點”和“滿量程”來實現。最后還要對實驗室的溫濕度進行檢查以確定是否滿足實驗環境要求。

被檢儀表如果是傳感器或者變送器，安裝完成后必須進行至少15 min的通電預熱，這時可以將被檢儀表的基本信息輸入LabVIEW測試軟件中，然后在程序控制下，壓力控制器從下限開始等間隔加壓，待壓力達到某一設定值時持續穩定5 s，壓力控制器發出壓力到限信號并傳送至計算機，計算機測試軟件自動進行數據采集、記錄后給壓力控制器發出指令，開始下一個校準點的測試。當壓力值達到設定的上限之后，壓力控制器在計算機的控制下，LabVIEW軟件程序開始反行程逐點測量，直到回到下限值完成一個循環。如此進行三個循環，測試完成。計算機通過LabVIEW軟件對數據進行處理之后得出檢定/校準結果，實現自動化檢定/校準。

2.3 程序設計

該自動檢定/校準程序是以NI公司的LabVIEW為軟件開發平臺，根據PPC4E壓力標準裝置基本原理及其使用說明書，依照規程JJG 49－2013，JJG 52－2013，JJG 927－1997，JJG 860－1994 及JJG 882－2004 編制自動檢定/校準程序。

該程序主要由初始化模塊、壓力控制模塊、數據采集模塊以及數據處理模塊構成，其程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

1)初始化模塊

該模塊主要用于在系統開始運行時進行串口配置，并對該軟件進行自檢。同時提示用戶輸入待校準設備的名稱、型號規格、生產廠家、出廠編號、量程、準確度、校準日期和環境溫濕度以及客戶名稱。并且根據準確度要求設定校準點個數，根據量程設定測量范圍的上下限并選擇校準單位。初始化界面如圖4所示。

圖4 初始化界面

2)壓力控制模塊

主要是根據FLUKE公司提供的遠程控制代碼通過RS232訪問PPC4E，根據測試軟件設定的點數和壓力值，實現標準裝置的正行程自動加壓和反行程自動卸壓，為自動校準系統提供可靠、穩定的壓力值。

3)數據采集模塊

該模塊主要是通過數據采集卡采集校準過程中儀表所產生的電流信號、電壓信號以及RS232信號。數據采集界面如圖5所示。

圖5 數據采集界面

4)數據處理模塊

在該模塊中嵌入了數據處理方法，計算機根據輸入的被校準設備的基本信息自動計算出各校準點的理論輸出值，并與采集到的各檢定點的實際輸出值進行比較，依據檢定規程完成示值誤差、回程誤差、誤差允許值等的自動計算，同時顯示檢定結果并自動生成原始記錄、證書或檢定結果通知書。

5)校準費計算和參數登記模塊

該模塊作用主要是為了及時統計校準費用，同時建立檢定/校準數據庫，便于以后查找某壓力儀表的型號參數和校準日期。

3 檢定/校準實例

本文以西安某公司生產的壓力傳感器為例說明。此壓力傳感器型號為GY-12H，測量范圍為0～800 kPa，準確度等級為0.2級，編號為2011006，依據JJG 860－1994壓力傳感器 (靜態)檢定規程，系統自動選擇6個檢定點進行實驗，檢定結果如表1所示。

表1 壓力傳感器校準結果

根據采集卡采集到的傳感器輸出數據，系統自動進行數據處理得出檢定/校準曲線，便于工作人員快速準確地了解傳感器的特性。數據處理結果如表2所示。

表2 數據處理結果

系統對采集到的數據與計算出的理論輸出值進行比對后，依據檢定規程得出結論:本傳感器準確度為0.2級。

4 結束語

基于PPC4E數字式壓力控制器實現壓力儀表自動檢定/校準的方案，突破了傳統手動檢定/校準時需要手工記錄測試數據、人工計算、操作繁瑣且效率低下的工作模式，同時杜絕了人為因素對壓力計量檢定/校準工作可能帶來的錯判、漏判等影響。本方案自動化程度較高，符合現代化管理的需求，同時具有以下優點:

1)適應了儀器儀表行業的快速發展。隨著現代儀器儀表行業的發展，更多的測量儀器向數字化方向發展，很多儀表具備通訊功能，為自動化檢定/校準創造了條件;

2)實現數據的自動采集處理，減少了人為因素影響，提高了工作效率。利用數據采集卡采集數據，減少了人工記錄帶來錯誤的隱患，從而很大程度提高了檢定數據的可靠性。該方案滿足無紙辦公的需求，有效縮短了檢定/校準時間，工作效率明顯提升;

3)操作方便，容易維護，擴展性強。本方案繼承了LabVIEW平臺的優點，即操作方便易維護。同時，該方案采用了模塊化的程序設計，為未來系統升級和擴展留下了充裕的空間。

總之，對實驗室PPC4E數字式壓力標準裝置進行自動化改造以后，極大提高了計量工作的質量和效率，保障了科研試飛各項試驗的順利完成，同時確保了飛行試驗過程中參數量值的統一性、測試數據的準確性及各類儀器設備的安全性、可靠性。

［1］國家技術監督局.JJG 860-1994壓力傳感器 (靜態)檢定規程［S］.北京:中國計量出版社，1994.

［2］杜水友.壓力測量技術及儀表［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］美國FLUKE公司.PPC4E使用說明書［S］.

［4］RobertH.Bishop.LabVIEW 7實用教程［M］.北京:電子工業出版社，2005.

［5］顧凱.壓力傳感器的數據采集與分析系統［J］.工業計量，2010，20(4):33－34.