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基于LabVIEW的压力变送器自动校准系统的研制

秦亭亭,马 力,洪 扁,冯齐斌,徐 煦


序 言

        压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备。它能感受压力并将压力信号转变为可传送的标准输出信号,如4mA ~ 20mA 电流信号或1V ~ 5V 电压信号。压力变送器因其具有工作可靠、准确度等级高、性能稳定、抗干扰能力强和测量信号传输距离远等优点,在工业现场得到了广泛使用。为保证压力变送器的准确性和稳定性,必须将其送至计量部门周期检定或校准。目前本院的压力变送器的校准方法为将单台被检压力计与压力标准器(压力标准器一般使用数字压力控制器)相连,手动设置压力标准器压力值,待系统压力稳定后读取被检压力计输出信号值,将此信号值手工记录在纸质原始记录中,并人工将测试数据输入到计算机中进行数据处理,最终出具测试报告。这一过程存在测试周期长、过程繁琐的弊病;其次测量结果通常采用人工记录,不能对数据进行有效的管理和存放,在一定程度上影响日后的数据处理。另外,压力变送器大多使用在工业现场,其拆卸直接影响生产过程。因此,很多送检厂家要求其样品的校准时间越快越好,然而随着送检样品的增多,人工校准已经难以满足客户的要求,针对这些问题,开发出一套多通道压力变送器校准系统迫在眉睫。

图1 多通道压力变送器自动校准系统程序框图.png

图1 多通道压力变送器自动校准系统程序框图

Fig.1 Program block diagram of multi-channel pressure transmitter

automatic calibration system


一、系统软件部分介绍

       本项目采用LabVIEW 对上位机进行编程,LabVIEW是一种图形化编程语言,作为数据采集和仪器控制软件的标准,被广泛应用于工业界、学术界与研究性实验室。本项目主要的流程包括:多个被检压力计信息及校准环境参数录入与保存、多通道采集器与数字压力控制器的通讯与参数设置、多通道数据采集器及标准电阻的参数值修正、数字压力控制器的自动控制和稳定判断、多通道数据采集器的通道选择与数据采集、多个压力计的原始记录生成与EXCEL 存储。为使程序合理布局,本文采用子VI 方法,把以上所述的各功能模块创建成一个子VI,可以被主程序或其他子VI 调用。以下就关键的几个子VI 做详细介绍。程序框图如图1 所示。

1、1 多个被检压力计信息及校准环境参数录入与保存

       在LabVIEW 前面板中创建信息录入表格、主原始记录表格及分表原始记录表格,信息录入表格中填入多个被检压力变送器的基本信息,包括:被检表的流转单号、被检表名称、型号、编号及生产厂家,然后依次填入被检表压力单位、输出信号单位、压力低值与压力顶值、信号低值与信号顶值、校准环境温度、校准环境湿度、检定员、核验员以及校准日期,输入的基本信息与环境参数信息可直接录入到相应的EXCEL 原始记录中。利用输入的压力量程,信号量程及被检表的准确度等级直接计算出被检表的示值误差与回程误差,被检表信息录入完成后可直接保存到相应的文件中,方便后期查询。

1、2 数字压力控制器的通讯与设置

       将数字压力控制器的RS232 端口与计算机上对应接口以“点对点”方式连接,完成物理连接后,利用LabVIEW中visa 函数实现仪器通信。通过visa 写入与读取,实现对控制器的数据写入与信息读取。数字压力计设置包括设定压力值、压力单位及压力模式(绝压或表压),设定压力测量与控制模式切换,设定是否允许超压,设定压力量程和被校压力点等。校准开始前,根据被校仪器的压力单位,在程序中可通过下拉菜单选择Pa,kPa,MPa,bar 等常用的压力计量单位,压力单位修改后,系统可根据相应换算关系进行调整。针对被校仪表的压力模式选择绝压或表压,绝压模式下的压力值等于表压压力值加上气压计压力值。另外,设置了当前压力,供气端压力值的显示,可及时发现压力异常情况。设置压力控制按钮,可实现压力的自动控制,系统压力达到设定压力值允许误差范围内时点亮系统稳定按钮,此时系统压力达到设定压力值。另外,通过设置压力顶值,压力底值和设定压力数组可选择自动或手动输入所有压力校准点。

1、3 多通道采集器与精密电阻的修正

       多通道数据采集器属于电子类测量仪表,此类仪表内部存在一定的漂移性和不确定性,经过长时间的测量活动或在存放中受到环境( 比如灰尘和温湿度) 的影响会在测量时产生误差。另外,精密电阻由于温度变化等因素也会有一些阻值漂移。因此,本项目在软件系统中加入了电压和阻值修正,如图2 报告中的修正值输入至修正值表格中,点击保存修正值后,系统校准过程中自动引用该修正值,直至修正值再次改变。

图2 数据采集器及电阻修正子VI.png

图2 数据采集器及电阻修正子VI

Fig.2 Data collector and resistance fixer VI


1、4 校准过程设计

       系统校准过程分为手动模式和自动模式,手动模式下,设置被检压力点,选择数据采集器通道,设定时间,待压力值稳定后,点击单次校准按钮,此时将设定时间内的多通道数据采集器采集值取平均值后填入相应表的校准数据中,水平进度条显示校准过程正在进行或结束,点击停止按钮可强行停止校准过程。若选择自动校准模式,需先设定压力校准数组,将所有需要校准的压力点输入至数组中,点击全程校准按钮,会按照设定的压力点一次校准,并将数据填到相应表格中,直至完成所有设定压力点的校准。

图3 多通道压力变送器自动校准系统主界面.png

图3 多通道压力变送器自动校准系统主界面

Fig.3 Main interface of the multi-channel pressure transmitter

automatic calibration system


二、 整体系统设计

       本文设计的基于LabVIEW 的多通道压力变送器校准系统主界面如图3 所示,被检压力变送器安装完成后,一次输入被检表信息,设定数字压力控制器参数、设置多通道数据采集器参数,开始校准过程。校准结束后,生成相应原始记录,可以选择保存原始记录,或者将原始记录保存到指定的EXCEL 模板中,用于后续的证书处理,如图4 所示。

图4 EXCEL原始记录保存.png

图4 EXCEL原始记录保存

Fig.4 EXCEL Original record saving

三、结束语

       本文利用数字压力控制器和数据采集器的RS232 接口,实现与上位机的通讯与连接。通过上位机编程,实现数字压力控制器与多通道数据采集器的控制与信号采集,避免了人工操作效率低下,错误率较高的缺陷,该系统可同时实现多个通道压力变送器的同时校准,并可以生成相应原始记录,该系统生成的原始记录可上传至指定的EXCEL 模板中,提高了压力变送器的校准效率。



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