基于溫度校準的數字壓力校驗儀的設計和實現

王衛華，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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基于溫度校準的數字壓力校驗儀的設計和實現

王衛華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：針對現場測試需求，將標準溫度作為壓力補償模型的影響量來源，設計了基于溫度校準的數字壓力校驗儀。校驗儀利用上位機程序獲得標準溫度和內置溫度傳感器輸出值對應列表，建立溫度修正模型，確保參與壓力顯示的溫度引入量準確，能有效降低溫度傳感器漂移帶來的影響。

關鍵詞：上位機；溫度；校準；壓力；校驗儀；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裝置顯示的儀表。它廣泛應用于食品、醫藥、能源和國防等領域，能夠有效保證裝備和人身安全。

當前壓力表合格判定多以實驗室檢定為主，存在周期長、運輸和拆卸易造成裝備及儀表故障、檢定數據不適用于實際工作環境等不足[1]。因此，越來越多的客戶提出現場測試需求，這促進了壓力表檢定裝置朝著小型化、便攜化方向發展，其中HX601B智能數字壓力校驗儀和CST273智能數字壓力校驗儀應用較廣。在這類校驗儀中，普遍內置了溫度傳感器對顯示壓力進行溫度補償，拓寬了指定精度的溫度適用范圍，為開展現場測試提供了條件。然而隨著時間的推移，溫度傳感器會逐步產生漂移，并且經過固定的溫度補償模型轉換會使非實驗室環境條件下校驗儀的壓力顯示產生誤差。當溫度傳感器漂移較大時，甚至會出現與實際情況相反的測試結果。為此，本文結合某型準確度等級為0.05級、量程為0～10 MPa、適用范圍為0～40 ℃的貨架產品設計了基于溫度校準的數字壓力校驗儀。

1校驗儀原理

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

本文基于溫度校準研制的校驗儀的原理為：將壓力校驗儀和標準溫度計同時放入恒溫箱，建立標準溫度-壓力補償模型；選取若干溫度點，獲得標準溫度計顯示溫度和溫度傳感器輸出值對應表，建立溫度修正模型；每次溯源時，對標準溫度和溫度傳感器輸出值對應表進行調整。在現場測試時，溫度傳感器獲得現場溫度信號，校驗儀通過溫度修正程序將該信號校準為標準溫度值，結合壓力傳感器獲得的壓力AD轉換值計算得到壓力顯示值。

2校驗儀的設計和實現

2.1　溫度校準功能

溫度校準主要作用是將溫度傳感器輸出值校準為標準值，并顯示在LED屏幕上。與原產品相比，增加的主要工作：編制上位機程序讀取溫度傳感器輸出值，將對應的標準值和輸出值發送至校驗儀(流程見圖1)；利用線性修正原理，在校驗儀原程序中增加溫度修正程序，將輸出值校準為標準值。

圖1　軟件流程圖

準備工作：把標準溫度計、研制的數字壓力校驗儀放入恒溫箱，安裝有上位機程序的計算機放在恒溫箱外部，通過RS232線纜將校驗儀與計算機相連接。

溫度量程和校準點設置：啟動上位機程序(見圖2)，設置溫度范圍上限為40℃、下限為0℃、校準點數為5；單擊“發送”，將當前信息框中的數據發送到校驗儀；單擊“分配”，計算機根據上限、下限及校準點數自動計算并在計算機上生成溫度列表，其標準溫度值分別為0，10，20，30，40 ℃(參見圖3)。

圖2　溫度量程和校準點設置

圖3　溫度列表的生成和發送

單擊“刷新”可以讀取當前端口下溫度的量程上下限及校準點數。

溫度列表的生成和發送：在生成的溫度列表中選中第一行，設定恒溫箱溫度為0℃，待溫度穩定后，讀取標準溫度計的顯示值并將其記入標準值y1；單擊“讀取溫度值”，計算機自動讀取溫度傳感器輸出值x1；單擊“發送”，將當前選中溫度點的標準值和輸出值輸送至校驗儀，溫度列表中的溫度標準值和輸出值自動更新。依次選中第二至五行，重復上述動作，獲得并發送四組標準值和輸出值對應數組。

如出現工作中斷，單擊圖2“刷新”按鈕，讀取當前端口下溫度的量程上下限及校準點數；單擊“分配”按鈕，進入溫度列表生成和發送界面；單擊圖3“刷新”按鈕，讀取已存在的溫度數據，繼續工作。

溫度校準：在現場測試時，校驗儀內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xxi+1時，環境溫度超過校驗儀工作范圍，校驗儀報警，檢定人員停止工作。

2.2　壓力校準功能

壓力校準主要作用是將現場測試時獲得的標準溫度值引入建立的標準溫度-壓力補償模型，獲得校準后的壓力值，并將其顯示在LED屏幕上。與原產品相比，主要的不同之處在于補償模型采用的是標準溫度。

準備工作：把標準溫度計、研制的數字壓力校驗儀放入恒溫箱，檢定裝置和安裝有上位機程序的計算機放在恒溫箱外部，通過軟管和RS232線纜將校驗儀分別與檢定裝置和計算機相連接。

調解實驗室溫度位于(20±2)℃范圍內[2]。

標準壓力、標準溫度、壓力傳感器輸出值對應列表的生成和發送：設置恒溫箱溫度為5℃，讀取標準溫度計讀數，利用檢定裝置分別產生0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 MPa的標準壓力，獲得校驗儀內部壓力傳感器輸出的AD轉換值，生成列表并發送到校驗儀。

依次設置恒溫箱溫度為15，25，35℃，獲得列表并發送到校驗儀。

壓力校準：在現場測試時，校驗儀根據獲得的標準溫度值、壓力傳感器獲得的AD轉換值，結合生成的標準壓力-標準溫度-AD轉換值列表，通過該型校驗儀原有修正程序校準獲得壓力顯示值。

3校驗儀的溯源

3.1　首次檢定

校驗儀研制完成后，按照JJG 875-2005《數字壓力計檢定規程》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，通過軟管將校驗儀與檢定裝置連接。分別設置恒溫箱溫度在0，10，30，40℃，依次按照檢定規程要求完成示值誤差和回程誤差的測量，保證在四個溫度點下校驗儀滿足精度指標要求。

3.2　周期檢定

校驗儀在周期檢定時，重新設置溫度量程和校準點；單擊“發送”將當前信息框中的數據發送到校驗儀，并刪除校驗儀內已有溫度列表數據；參照2.1條獲得標準溫度與溫度傳感器輸出值對應表，并將相關信息發送到校驗儀。

按照檢定規程要求完成校驗儀的檢定。

4結束語

本文基于對內部溫度傳感器的校準設計了一種數字壓力校驗儀，通過線性修正算法建立了溫度修正模型，調整原貨架產品溫度傳感器輸出值-壓力補償模型為標準溫度-壓力補償模型，能夠有效減少溫度傳感器漂移引入的壓力誤差。

在實際研制過程中，可通過實驗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點數，提高溫度傳感器的修正精度。同時還可以擴展壓力和溫度修正的上下限，以適用于更復雜的環境。

參考文獻

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

[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 875-2005數字壓力計檢定規程[S] .北京：中國計量出版社，2006.

福祿克熱像儀助力天津爆炸現場檢測

工業儀器往往在一些重大安全事件中大顯身手。天津港“8·12”特大火災爆炸事故，不但造成了大量人員傷亡，同時對周邊的小區住宅也造成了嚴重損毀。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企業，福祿克公司的產品一直受到用戶的肯定和稱贊。那么，在這次爆炸現場的檢測工作中，福祿克Tix640熱像儀發揮了那些獨特的作用？

據報道，天津大爆炸發生后，距離爆炸區域較近的小區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域的工程師第一時間來到了現場，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構、頂點水平位移、外墻保溫層的破損程度進行了全面檢測。目前，這324戶居民受損嚴重的房屋現場檢測工作已經完成，并已進入數據匯總分析報告的階段。

福祿克公司的專業人士介紹說，作為現場勘查利器的這款熱像儀，其性能和功能均達到工業級熱像儀的一級水平，在設備維護、科研研發等領域具有顯著優勢。比如，其單幅像素高達2048×1536 dpi，500 m外可檢測直徑為5厘米的目標，實現超遠距離檢測，可區分極細微的溫差，而且測溫范圍高達2000℃，精度在全量程范圍高達±1.5%或±1.5℃，比國標標準高出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

文獻標識碼：A

文章編號：1674-5795(2015)05-0071-03

doi：10.11823/j.issn.1674-5795.2015.05.17