基于PPC4E數(shù)字式壓力控制器的壓力表自動檢定/校準(zhǔn)技術(shù)研究
基于PPC4E數(shù)字式壓力控制器，利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)壓力儀表自動檢定/校準(zhǔn)，并通 過實例進(jìn)行了驗證。本方案實現(xiàn)了壓力表自動檢定/校準(zhǔn)、證書自動生成及記錄自動創(chuàng)建等功能，極大的提高了壓力表的檢定/校準(zhǔn)效率和測量準(zhǔn)確度，保證了飛行試驗中壓力測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。
0.引言
壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)，壓力檢測設(shè)備被 廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)的各類控制及測試系統(tǒng)。尤其近 幾年我國航空工業(yè)高速發(fā)展，型號試飛任務(wù)繁重，對 壓力參數(shù)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(shù)量值的統(tǒng)一性、測試 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及各類儀器設(shè)備的安全性、可靠性。因 此，迫切需要在檢定/校準(zhǔn)工作中減少人為因素的影 響，提高計量工作的準(zhǔn)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(shù)字式壓力 控制器，旨在實現(xiàn)從校準(zhǔn)實驗室到制造業(yè)中的高性能 通用氣體壓力校準(zhǔn)。作為壓力標(biāo)準(zhǔn)器，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力的全自動控制，其融合了最佳特性、測量技術(shù)和來自 DHI部門的專利PPC壓力控制技術(shù)，可提供極為廣泛 的壓力量程覆蓋范圍，實現(xiàn)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(zhǔn)工作。同時，PPC4E配置的 RS-232及IEEE-488. 2遠(yuǎn)程接口能夠方便的實現(xiàn)與計 算機(jī)的通訊。
結(jié)合日常計量工作以及實驗室現(xiàn)有設(shè)備，本文主 要介紹了實驗室用0 ~7 MPa PPC4E數(shù)字式壓力標(biāo)準(zhǔn)裝 置在計量中的應(yīng)用及其基于LabVIEW平臺的自動化計 量技術(shù)。PPC4E數(shù)字式壓力標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。油氣分離裝置能夠隔 離被檢設(shè)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(zhuǎn)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(biāo)值，等待壓力達(dá)到目標(biāo)值后手動記錄被檢儀表和標(biāo)準(zhǔn)器值，如此單點設(shè) 定，單點檢定。對于較多檢定點時，每一次都需要重 新設(shè)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(wù)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(xiàn)自動循環(huán) 分點檢定/校準(zhǔn)，自動采集，對于不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的 儀表可以手動輸人數(shù)據(jù)，并且自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 生成相應(yīng)的記錄和報告，將會極大的提高科研試飛儀 表檢定/校準(zhǔn)的保障能力和效率。
2.基于PPC4E實現(xiàn)自動檢定/校準(zhǔn)
2.1系統(tǒng)組成
依據(jù)PPC4E壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置自身特性對其進(jìn)行遠(yuǎn)程 控制，實現(xiàn)自動檢定/校準(zhǔn)。其系統(tǒng)主要由PPC4E標(biāo) 準(zhǔn)裝置、數(shù)據(jù)采集單元、計算機(jī)、打印機(jī)、以及被檢 壓力儀表組成，采用串口通訊保證準(zhǔn)確快速的數(shù)據(jù)交 換。改造方案框圖如圖2所示。
2.2工作原理
安裝前必須對被檢儀表進(jìn)行檢查，包括外觀、銘 牌以確定產(chǎn)品的名稱、規(guī)格型號、準(zhǔn)確度等級、測量 范圍以及額定工作壓力和輸出信號等技術(shù)指標(biāo)。同時， 用改變輸入壓力的方法對輸出信號上下限值進(jìn)行調(diào)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(diào)節(jié)“零點”和“滿量程” 來實現(xiàn)。最后還要對實驗室的溫濕度進(jìn)行檢査以確定 是否滿足實驗環(huán)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(jìn)行至少15 min的通電預(yù)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(dá)到某一設(shè)定值時持續(xù)穩(wěn)定5 S，壓力控制器發(fā)出壓力 到限信號并傳送至計算機(jī)，計算機(jī)測試軟件自動進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集、記錄后給壓力控制器發(fā)出指令，開始下一 個校準(zhǔn)點的測試。當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定的上限之后，壓 力控制器在計算機(jī)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(huán)。如 此進(jìn)行三個循環(huán)，測試完成。計算機(jī)通過LabVIEW軟 件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后得出檢定/校準(zhǔn)結(jié)果，實現(xiàn)自動 化檢定/校準(zhǔn)。
2.3程序設(shè)計
該自動檢定/校準(zhǔn)程序是以NI公司的LabVIEW為 軟件開發(fā)平臺，根據(jù)PPC4E壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置基本原理及 其使用說明書，依照規(guī)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(zhǔn)程序。
該程序主要由初始化模塊、壓力控制模塊、數(shù)據(jù) 采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成，其程序流程圖如圖3 所示。
1)初始化模塊
該模塊主要用于在系統(tǒng)開始運行時進(jìn)行串口配置， 并對該軟件進(jìn)行自檢。同時提示用戶輸人待校準(zhǔn)設(shè)備 的名稱、型號規(guī)格、生產(chǎn)廠家、出廠編號、量程、準(zhǔn) 確度、校準(zhǔn)日期和環(huán)境溫濕度以及客戶名稱。并且根 據(jù)準(zhǔn)確度要求設(shè)定校準(zhǔn)點個數(shù)，根據(jù)量程設(shè)定測量范 圍的上下限并選擇校準(zhǔn)單位。初始化界面如圖4所示。
2）壓力控制模塊
主要是根據(jù)FLUKE公司提供的遠(yuǎn)程控制代碼通過 RS232訪問PPC4E，根據(jù)測試軟件設(shè)定的點數(shù)和壓力 值，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)裝置的正行程自動加壓和反行程自動卸 壓，為自動校準(zhǔn)系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的壓力值。
3）數(shù)據(jù)采集模塊
該模塊主要是通過數(shù)據(jù)采集卡采集校準(zhǔn)過程中儀 表所產(chǎn)生的電流信號、電壓信號以及RS232信號。數(shù) 據(jù)采集界面如圖5所示。
4）數(shù)椐處理模塊
在該模塊中嵌入了數(shù)據(jù)處理方法，計算機(jī)根據(jù)輸 入的被校準(zhǔn)設(shè)備的基本信息自動計算出各校準(zhǔn)點的理 論輸_’并與采集到的各檢定點實際輸出值進(jìn)行 紙?檢足規(guī)程完成示值誤差、回程誤羞、誤差 允細(xì)等的自動計算，同時顯示檢定結(jié)果并自動生成 原始記錄.證書或檢定結(jié)果通知。
5}校準(zhǔn)費計算和參數(shù)登記模塊 該模塊作用主要足為了及時統(tǒng)計校準(zhǔn)費用，同時 建、'/:檢定/校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，便于以后查找某壓力儀表的型 號參數(shù)和校準(zhǔn)日期。
3.檢定/校準(zhǔn)實例
本文以西安某生產(chǎn)的壓力傳感器為例說明o此壓力傳感器型號為GY-12H,測量范圍為0 ~ 800 kPa,準(zhǔn)確度等級為0.2級，編號為20】1006,依據(jù)JJG 860-1994壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程，系統(tǒng)自動選 擇6個檢定點進(jìn)行實驗，檢定結(jié)果如表1所示。
根據(jù)采集卡采集到的傳感器輸出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出檢定/校準(zhǔn)曲線，便于工作人員快速 準(zhǔn)確地了解傳感器的特性數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表2所示。
系統(tǒng)對采集到的數(shù)椐與計算出的評論輸出偵進(jìn)行 比對后，依據(jù)檢定規(guī)秤得出結(jié)論:本傳感器準(zhǔn)確度為 0. 2 級。
4.結(jié)束語
基于PPC4E數(shù)字式壓力控制器實現(xiàn)壓力儀表自動 檢定/校準(zhǔn)的方案，突破了傳統(tǒng)手動檢進(jìn)/校準(zhǔn)時需要記錄測試數(shù)據(jù)、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(zhǔn)工作能帶來的錯判、漏判等影響本馨自動化程 度較^，符介現(xiàn)代化宵殫的耑求，吋時找布以F優(yōu)點：
1)適應(yīng)了儀器儀表行業(yè)的快速發(fā)展、隨芥現(xiàn)代儀 器儀表行業(yè)的發(fā)展，多的測鐓儀縣向數(shù)卞化方向發(fā)展，很多儀表具備通訊功能，為自動化檢定/校準(zhǔn)創(chuàng)造 了條件；
2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集處理，減少了人為因素影 響，提髙了工作效率。利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(zhǔn)時間，工作效率明顯提升；
3）操作方便，容易維護(hù)，擴(kuò)展性強(qiáng)。本方案繼承 了 LabVIEW平臺的優(yōu)點，即操作方便易維護(hù)。同時， 該方案采用了模塊化的程序設(shè)計，為未來系統(tǒng)升級和 擴(kuò)展留下了充裕的空間。
總之，對實驗室PPC4E數(shù)字式壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行 自動化改造以后，極大提高了計量工作的質(zhì)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(shù)量值的統(tǒng)一性、測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 及各類儀器設(shè)備的安全性、可靠性。
