基于LabVIEW的壓力變送器自動校準系統的研制

秦亭亭，馬 力，洪 扁，馮齊斌，徐 煦

（上海市計量測試技術研究院，上海 201203）

0 引言

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遠傳的設備。它能感受壓力并將壓力信號轉變為可傳送的標準輸出信號，如4mA ～20mA 電流信號或1V ～5V 電壓信號[1]。壓力變送器因其具有工作可靠、準確度等級高、性能穩定、抗干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[2]。為保證壓力變送器的準確性和穩定性，必須將其送至計量部門周期檢定或校準。目前本院的壓力變送器的校準方法為將單臺被檢壓力計與壓力標準器（壓力標準器一般使用數字壓力控制器）相連，手動設置壓力標準器壓力值，待系統壓力穩定后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，并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后的數據處理。另外，壓力變送器大多使用在工業現場，其拆卸直接影響生產過程。因此，很多送檢廠家要求其樣品的校準時間越快越好，然而隨著送檢樣品的增多，人工校準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準系統迫在眉睫。

圖1 多通道壓力變送器自動校準系統程序框圖Fig.1 Program block diagram of multi-channel pressure transmitter automatic calibration system

1 系統軟件部分介紹

本項目采用LabVIEW 對上位機進行編程，LabVIEW是一種圖形化編程語言，作為數據采集和儀器控制軟件的標準，被廣泛應用于工業界、學術界與研究性實驗室[3]。本項目主要的流程包括：多個被檢壓力計信息及校準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準電阻的參數值修正、數字壓力控制器的自動控制和穩定判斷、多通道數據采集器的通道選擇與數據采集、多個壓力計的原始記錄生成與EXCEL 存儲。為使程序合理布局，本文采用子VI 方法，把以上所述的各功能模塊創建成一個子VI，可以被主程序或其他子VI 調用。以下就關鍵的幾個子VI 做詳細介紹。程序框圖如圖1 所示。

1.1 多個被檢壓力計信息及校準環境參數錄入與保存

在LabVIEW 前面板中創建信息錄入表格、主原始記錄表格及分表原始記錄表格，信息錄入表格中填入多個被檢壓力變送器的基本信息，包括：被檢表的流轉單號、被檢表名稱、型號、編號及生產廠家，然后依次填入被檢表壓力單位、輸出信號單位、壓力低值與壓力頂值、信號低值與信號頂值、校準環境溫度、校準環境濕度、檢定員、核驗員以及校準日期，輸入的基本信息與環境參數信息可直接錄入到相應的EXCEL 原始記錄中。利用輸入的壓力量程，信號量程及被檢表的準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后可直接保存到相應的文件中，方便后期查詢。

1.2 數字壓力控制器的通訊與設置

將數字壓力控制器的RS232 端口與計算機上對應接口以“點對點”方式連接，完成物理連接后，利用LabVIEW中visa 函數實現儀器通信。通過visa 寫入與讀取，實現對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換，設定是否允許超壓，設定壓力量程和被校壓力點等。校準開始前，根據被校儀器的壓力單位，在程序中可通過下拉菜單選擇Pa，kPa，MPa，bar 等常用的壓力計量單位，壓力單位修改后，系統可根據相應換算關系進行調整。針對被校儀表的壓力模式選擇絕壓或表壓，絕壓模式下的壓力值等于表壓壓力值加上氣壓計壓力值。另外，設置了當前壓力，供氣端壓力值的顯示，可及時發現壓力異常情況。設置壓力控制按鈕，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范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準點。

1.3 多通道采集器與精密電阻的修正

多通道數據采集器屬于電子類測量儀表，此類儀表內部存在一定的漂移性和不確定性，經過長時間的測量活動或在存放中受到環境(比如灰塵和溫濕度)的影響會在測量時產生誤差。另外，精密電阻由于溫度變化等因素也會有一些阻值漂移。因此，本項目在軟件系統中加入了電壓和阻值修正，如圖2 報告中的修正值輸入至修正值表格中，點擊保存修正值后，系統校準過程中自動引用該修正值，直至修正值再次改變。

1.4 校準過程設計

系統校準過程分為手動模式和自動模式，手動模式下，設置被檢壓力點，選擇數據采集器通道，設定時間，待壓力值穩定后，點擊單次校準按鈕，此時將設定時間內的多通道數據采集器采集值取平均值后填入相應表的校準數據中，水平進度條顯示校準過程正在進行或結束，點擊停止按鈕可強行停止校準過程。若選擇自動校準模式，需先設定壓力校準數組，將所有需要校準的壓力點輸入至數組中，點擊全程校準按鈕，會按照設定的壓力點一次校準，并將數據填到相應表格中，直至完成所有設定壓力點的校準。

圖2 數據采集器及電阻修正子VIFig.2 Data collector and resistance fixer VI

圖3 多通道壓力變送器自動校準系統主界面Fig.3 Main interface of the multi-channel pressure transmitter automatic calibration system

2 整體系統設計

本文設計的基于LabVIEW 的多通道壓力變送器校準系統主界面如圖3 所示，被檢壓力變送器安裝完成后，一次輸入被檢表信息，設定數字壓力控制器參數、設置多通道數據采集器參數，開始校準過程。校準結束后，生成相應原始記錄，可以選擇保存原始記錄，或者將原始記錄保存到指定的EXCEL 模板中，用于后續的證書處理，如圖4 所示。

3 結束語

圖4 EXCEL原始記錄保存Fig.4 EXCEL Original record saving

本文利用數字壓力控制器和數據采集器的RS232 接口，實現與上位機的通訊與連接。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時校準，并可以生成相應原始記錄，該系統生成的原始記錄可上傳至指定的EXCEL 模板中，提高了壓力變送器的校準效率。