CN103048087A - 压力传感器调试系统及其调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力传感器调试系统及其调试方法，包括多路传感器测试压力座、高低温箱、压力控制仪、多路信号切换模块、可编程电源、高精度万用表、单线数字转换模块和工控机，该系统可实现高精度的压力标定及温度补偿，补偿后的产品的工作温度范围宽，整个调试过程由该系统自动完成，适合于批量生产的压力传感器的调试工作。

Description

压力传感器调试系统及其调试方法

技术领域

本发明涉及传感器生产专用设备，尤其涉及一种压力传感器调试系统及其调试方法。

背景技术

国内的传感器厂家目前大多是采用评估套件或单片机系统，应用MAX1452芯片制作样品或小批量的产品，调试过程复杂，需要人工依次调试各个产品，从观测传感器的输出，到改变内部数据，再观测，再改变，直到输出达到要求，然后加压力到满量程，再改变内部数据调试满量程，当再次回到零点时，通常零点又会因为量程的调试而改变，不能形成数据闭环自动调试以及通道自动切换，而针对批量的传感器调试消耗时间更长，所以整个的调试过程需要不断反复，效率低下。

发明内容

本发明提供一种压力传感器调试系统及其调试方法，以实现压力传感器的批量化压力标定及温度补偿，并且整个调试过程自动完成。

本发明提供一种压力传感器调试系统，包括：多路传感器测试压力座，用于放置至少一个压力传感器，并能够同时给多个压力传感器施加基准压力，其中每个所述压力传感器包括4根引出线，分别为正极引出线、负极引出线、电压输出线和数据通讯线；高低温箱，用于放置所述多路传感器测试压力座，并给在多路传感器测试压力座内的压力传感器提供系统调试所需的温度环境；压力控制仪，其通过气压管路与多路传感器测试压力座连接，用于设定施加给压力传感器的压力值；多路信号切换模块，其包括接线口、电源接入口、电压输出口、数据通讯口和通道控制口，所述接线口分别与每个压力传感器的4根引出线连接，所述多路信号切换模块用于接收所有接受调试的压力传感器接入的多路信号，并选择其中一路进行输出；可编程电源，其正负极分别通过所述多路信号切换模块的电源接入口与每个压力传感器的正极引出线及负极引出线连接，所述可编程电源用于为接受调试的压力传感器供电；高精度万用表，其通过所述多路信号切换模块的电压输出口与每个压力传感器的电压输出线连接，用于测量接受调试的压力传感器的输出电压模拟信号；单线数字转换模块，其通过所述多通道信号切换模块的数据通讯口与每个压力传感器的数据通讯线连接；工控机，包括第一串口、第二串口和数字控制卡，其第一串口与所述高精度万用表连接，所述高精度万用表将测量出的电压值通过第一串口送到工控机中，所述工控机根据接收到的电压进行计算和分析，并得出补偿数据，其第二串口与所述单线数字转换模块连接，所述单线数字转换模块用于转换工控机中计算得出的补偿数据并将其写入到压力传感器的芯片中，其数字控制卡与多路信号切换模块的通道控制口连接，所述工控机通过数字控制卡控制多路信号切换模块依次切换到每个接受调试的压力传感器所在的通道。

进一步的，所述多路信号切换模块的接线口通过多路电缆与每个压力传感器的4根引出线连接。

进一步的，所述压力传感器为基于MAX1452芯片的智能压力传感器。

本发明提供一种使用基于MAX1452芯片的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，包括：

步骤一：初始化所有接受测试的压力传感器的通道，并通过工控机设定调试所需的温度点与通道；

步骤二：先通过压力控制仪将多路传感器测试压力座对接受调试的压力传感器施加的压力设为零，并设定压力传感器输出电压的目标值，接着通过高精度万用表读取压力传感器的输出电压，并通过工控机计算所需的调节量，然后将该调节量的数据通过单线数字转换模块写入压力传感器的芯片中，再通过高精度万用表测量压力传感器的输出电压，判断压力传感器的输出电压是否达到目标值，若未达到目标值则通过工控机继续重复计算所需调节量并写入数据，直到压力传感器的电压输出达到目标值，接下来再通过工控机的数字控制卡，使多路信号切换模块切换到下一个为接受调试的压力传感器所在的通道，并重复该步骤直到所有接受调试的压力传感器的零点标定完毕；

步骤三：先通过压力控制仪将多路传感器测试压力座对接受调试的压力传感器施加的压力设为满量程压力值，并设定压力传感器输出电压的目标值，接着重复步骤一中除设定压力值与目标值之外的其他所有步骤，然后通过压力控制仪将压力传感器所受压力设为零，并通过高精度万用表判断压力传感器的零压力输出电压是否达到预设目标值，若未能达到则重复步骤二与步骤三中的所有步骤，直到所有接受调试的压力传感器的零位输出电压及满位输出电压均已达到预设目标值，工控机在结束标定后保存所有所得数据；

步骤四：切换高低温箱中的温度，重复步骤二至步骤三中所有步骤，直到完成压力传感器在所有温度点下的调试工作，然后通过工控机计算插值，并将计算出的数据烧录到压力传感器的芯片中，最后重启系统，完成温度补偿。

进一步的，在所述步骤一中，所述预设的温度点平均分布在低温区及高温区。

进一步的，在所述步骤二中，所述压力传感器输出电压的目标值设定为零点输出时的电压值。

进一步的，在所述步骤三中，所述压力传感器输出电压的目标值设定为满量程输出时的电压值。

进一步的，在所述步骤四中，重启系统后，通过压力控制仪将压力传感器所受到的压力设定为零和满量程压力，在这两种情况下分别通过高精度万用表测量接受测试的压力传感器的输出电压，以测试压力传感器补偿后的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过所述压力传感器调试系统及其调试方法，得以实现传感器高精度的压力标定及温度补偿，补偿后的产品的工作温度范围宽，整个调试过程自动完成，适合于批量生产的压力传感器的调试工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的压力传感器调试系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的压力传感器调试系统的调试方法流程图。

在图1和图2中，

1：多路传感器测试压力座；2：压力传感器；3：高低温箱；4：压力控制仪；5：气压管路；6：多路信号切换模块；7：接线口；8：电源接入口；9：电压输出口；10：数据通讯口；11：通道控制口；12：可编程电源；13：高精度万用表；14：单线数字转换模块；15：工控机；16：第一串口；17：第二串口；18：数字控制卡；19：多路电缆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的压力传感器调试系统及其调试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种压力传感器调试系统及其调试方法，所述压力传感器调试系统通过压力控制仪给置于多路传感器测试压力座中的所有压力传感器提供所需的基准压力，通过高低温箱设定调试所需的环境温度，再通过多路信号切换模块选通其中一路进行调试，然后通过高精度万用表测得压力传感器的输出电压，经工控机计算分析后，将得出的数据通过单线数字转换模块写入压力传感器的芯片中，反复在压力传感器零压力与满量程压力的情况下重复读取电压、计算及写入工作以实现传感器高精度的压力标定，在标定完一个点后通过高低温箱切换压力传感器的工作温度点，继续进行其他点的标定工作，之后通过工控机计算所有温度点的数据，将得出的数据表格烧录进每个的传感器芯片中进行高精度的温度补偿，补偿后的产品的工作温度范围宽，整个调试过程由该系统自动完成，适合于批量生产的压力传感器的调试工作。

图1为本发明实施例提供的压力传感器调试系统的结构示意图。如图1所示，所述压力传感器调试系统包括：

多路传感器测试压力座1，用于放置至少一个压力传感器2，并能够同时给多个压力传感器2施加基准压力，其中每个所述压力传感器2包括4根引出线，分别为正极引出线、负极引出线、电压输出线和数据通讯线；

高低温箱3，用于放置所述多路传感器测试压力座1，并给在多路传感器测试压力座1内的压力传感器2提供系统调试所需的温度环境；

压力控制仪4，其通过气压管路5与多路传感器测试压力座1连接，用于设定施加给压力传感器2的压力值；

多路信号切换模块6，其包括接线口7、电源接入口8、电压输出口9、数据通讯口10和通道控制口11，所述接线口7分别与每个压力传感器8的4根引出线连接，所述多路信号切换模块6用于接收所有接受调试的压力传感器2接入的多路信号，并选择其中一路进行输出；

可编程电源12，其正负极分别通过所述多路信号切换模块6的电源接入口8与每个压力传感器2的正极引出线及负极引出线连接，所述可编程电源12用于为接受调试的压力传感器2供电；

高精度万用表13，其通过所述多路信号切换模块6的电压输出口9与每个压力传感器2的电压输出线连接，用于测量接受调试的压力传感器2的输出电压模拟信号；

单线数字转换模块14，其通过所述多通道信号切换模块6的数据通讯口10与每个压力传感器2的数据通讯线连接；

工控机15，包括第一串口16、第二串口17和数字控制卡18，其第一串口16与所述高精度万用表13连接，所述高精度万用表将13测量出的电压值通过第一串口16送到工控机15中，所述工控机15根据接收到的电压进行计算和分析，并得出补偿数据，其第二串口17与所述单线数字转换模块14连接，所述单线数字转换模块14用于转换工控机15中计算得出的补偿数据并将其写入到压力传感器2的芯片中，其数字控制卡18与多路信号切换模块6的通道控制口11连接，所述工控机15通过数字控制卡18控制多路信号切换模块6依次切换到每个接受调试的压力传感器2所在的通道。

进一步的，所述多路信号切换模块6的接线口7通过多路电缆19与每个压力传感器2的4根引出线连接，其中，所述多路电缆19起到了整合与排布压力传感器2的引出线，使这些引出线不会因排布散乱而引起接线错误等问题。

进一步的，所述压力传感器2为基于MAX1452芯片的智能压力传感器，MAX1452芯片是美国MAXIM公司推出的高性能的传感器信号调理专用芯片，可以将电桥的微弱信号进行放大处理，同时内部的温度传感器可以检测当前温度，然后根据当前温度值去查表，找到零点及满量程的修正数据，实现温度补偿。

图2为本发明实施例提供的压力传感器调试系统的调试方法流程图。如图2所示，所述压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法包括：

步骤一：初始化所有接受测试的压力传感器2的通道，并通过工控机15设定调试所需的温度点与通道；

步骤二：先通过压力控制仪4将多路传感器测试压力座1对接受调试的压力传感器2施加的压力设为零，并设定压力传感器2输出电压的目标值，接着通过高精度万用表13读取压力传感器2的输出电压，并通过工控机15计算所需的调节量，然后将该调节量的数据通过单线数字转换模块14写入压力传感器2的芯片中，再通过高精度万用表13测量压力传感器2的输出电压，判断压力传感器2的输出电压是否达到目标值，若未达到目标值则通过工控机15继续重复计算所需调节量并写入数据，直到压力传感器2的电压输出达到目标值，接下来再通过工控机15的数字控制卡18，使多路信号切换模块6切换到下一个为接受调试的压力传感器2所在的通道，并重复该步骤直到所有接受调试的压力传感器2的零点标定完毕；

步骤三：先通过压力控制仪4将多路传感器测试压力座1对接受调试的压力传感器2施加的压力设为满量程压力值，并设定压力传感器2输出电压的目标值，接着重复步骤一中除设定压力值与目标值之外的其他所有步骤，然后通过压力控制仪4将压力传感器2所受压力设为零，并通过高精度万用表13判断压力传感器2的零压力输出电压是否达到预设目标值，若未能达到则重复步骤二与步骤三中的所有步骤，直到所有接受调试的压力传感器2的零位输出电压及满位输出电压均已达到预设目标值，工控机15在结束标定后保存所有所得数据；

步骤四：切换高低温箱3中的温度，重复步骤二至步骤三中所有步骤，直到完成压力传感器2在所有温度点下的调试工作，然后通过工控机15计算插值，并将计算出的数据烧录到压力传感器2的芯片中，最后重启系统，完成温度补偿。

进一步的，在所述步骤一中，所述预设的温度点平均分布在低温区及高温区，以使工控机15所测得的电压数据尽量详细、全面。

进一步的，在所述步骤二和步骤三中，所述压力传感器2输出电压的目标值设定为零点输出时的电压值和满量程输出时的电压值，这是一般仪表设备输入电压量程所规定的。

进一步的，在所述步骤四中，重启系统后，通过压力控制仪4将压力传感器2所受到的压力设定为零和满量程压力，在这两种情况下分别通过高精度万用表13测量接受测试的压力传感器2的输出电压，以测试压力传感器2补偿后的性能。

下面结合图1和图2详细说明本发明的压力传感器调试系统的功能实现过程。

请参考图1和图2，所述压力传感器调试系统的调试方法的第一步是通过工控机15与各个设备的连接，使工控机15与每个接受调试的压力传感器2建立通讯，然后初始化所有通道，清除所有通道的数据及电压，再通过工控机15设定高低温箱3在调试时所需的若干温度点，并通过工控机15的数字控制卡18选择所需调试的压力传感器2的通道，使多路信号切换模块6能够在这些通道中进行切换工作。

所述压力传感器调试系统的调试方法的第二步是用工控机15预先设定好这些压力传感器2需要调节到的目标电压值，即1V，然后通过压力控制仪4控制多路传感器测试压力座1，使其统一对批次的压力传感器2施加调试所需的压力，即零压力，然后工控机15通过高精度万用表13读取压力传感器2的输出电压，再调节步长，再读取输出电压，读取完毕后，工控机15计算所需的调节量，将该调节量的数据通过单线数字转换模块14写入压力传感器2内部的MAX1452芯片中，进行零点补偿工作，调节压力传感器2的输出电压，然后再判断调节后的压力传感器2的输出电压是否达到目标值，若未达到目标值则通过工控机15继续重复计算所需的调节量，再写入数据，进行补偿，直到压力传感器2的电压输出能够精确地达到目标值，接下来通过工控机15的数字控制卡18的控制，使多路信号切换模块6切换到下一个未接受调试的压力传感器2所在的通道，重复这一步中上述所有的过程，直到所有的压力传感器2的零点标定完毕，整个调试过程是由工控机15的软件自动进行的，是个闭环的调节系统。

所述压力传感器调试系统的调试方法的第三步与第二步的过程基本相同，只是在设定目标电压值时，把压力传感器2需要调节到的目标值设为5V，在对压力传感器2施加所需的压力时，使压力控制仪4控制多路传感器测试压力座1对压力传感器2施加满量程的压力，另外，在标定完满量程输出电压后，工控机15通过压力控制仪4控制多路传感器测试压力座1重新施加零压力于压力传感器2，然后通过高精度万用表13测量标定后的压力传感器2的零压力输出电压，判断其是否已达到预先设定的零压力时的目标值，若未达到则重复第二步和这第三步中上述所有过程，直到所有接受调试的压力传感器2的零压力输出电压及满压力输出电压均已达到其预先设定的目标值，然后工控机15会将所得数据保存在其硬盘中。

所述压力传感器调试系统的调试方法的第四步是改变高低温箱3内的温度达到预先设定的温度，等待温度稳定后进行压力传感器2的压力标定工作，之后分别在低温区及高温区再进行压力传感器2的压力标定工作，压力传感器2在低温及高温下调试所得到的数据通过工控机15的软件用曲线插值法计算得出补偿数据表格，并将所有数据依次烧录到每个接受调试的压力传感器2的MAX1452芯片中，完成对压力传感器2的温度补偿。在高低温箱3的每个已设定的温度点，重复大约2次零压调试及满量程调试，这样压力传感器2的输出电压通常已可以达到要求(误差小于0.1％)。在烧录完成后，工控机15控制可编程电源12对所有的压力传感器2断电，再通电复位，每个压力传感器2在通电后自动进入工作模式，其MAX1452芯片利用自带温度传感器进行工作环境温度的测量，查表，并修正传感器的输出，实现压力传感器2的温度补偿，最后再对所有接受调试的压力传感器2进行性能测试，以测试所述压力传感器调试系统对压力传感器2进行的压力标定及温度补偿的效果。

下列是接受调试的压力传感器2中的一个传感器的调试数据，传感器输出是1～5V，分别是在0℃，25℃，65℃下调试的数据：

由上表的数据可以看出，调试后的压力传感器2的零压输出及满压输出是很准确的。

将上述表格中的三组数据进行插值计算，然后将得出的补偿数据烧录到MAX1452芯片中，再进行测试，结果如下：

温度点	编号	零点输出	满压力输出
				0℃	1	1.010	5.009
25℃	1	1.012	5.016
				65℃	1	0.997	5.003

由上表的数据可以看出，在进行温度补偿以后压力传感器2的温度误差小于0.5％FS，达到了预期的补偿目的。如果接受调试的压力传感器2的重复性好，还可以达到更高的补偿精度。

综上所述，本发明提供一种压力传感器调试系统及其调试方法，所述压力传感器调试系统通过压力控制仪给置于多路传感器测试压力座中的所有压力传感器提供所需的基准压力，通过高低温箱设定调试所需的环境温度，再通过多路信号切换模块选通其中一路进行调试，然后通过高精度万用表测得压力传感器的输出电压，经工控机计算分析后，将得出的数据通过单线数字转换模块写入压力传感器的芯片中，反复在压力传感器零压力与满量程压力的情况下重复读取电压、计算及写入工作以实现传感器高精度的压力标定，在标定完一个点后通过高低温箱切换压力传感器的工作温度点，继续进行其他点的标定工作，之后通过工控机计算所有温度点的数据，将得出的数据表格烧录进每个的传感器芯片中进行高精度的温度补偿，补偿后的产品的工作温度范围宽，整个调试过程由该系统自动完成，适合于批量生产的压力传感器的调试工作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种压力传感器调试系统，其特征在于，包括：

多路传感器测试压力座，用于放置至少一个压力传感器，并能够同时给多个压力传感器施加基准压力，其中每个所述压力传感器包括4根引出线，分别为正极引出线、负极引出线、电压输出线和数据通讯线；

高低温箱，用于放置所述多路传感器测试压力座，并给在多路传感器测试压力座内的压力传感器提供系统调试所需的温度环境；

压力控制仪，其通过气压管路与多路传感器测试压力座连接，用于设定施加给压力传感器的压力值；

多路信号切换模块，其包括接线口、电源接入口、电压输出口、数据通讯口和通道控制口，所述接线口分别与每个压力传感器的4根引出线连接，所述多路信号切换模块用于接收所有接受调试的压力传感器接入的多路信号，并选择其中一路进行输出；

可编程电源，其正负极分别通过所述多路信号切换模块的电源接入口与每个压力传感器的正极引出线及负极引出线连接，所述可编程电源用于为接受调试的压力传感器供电；

高精度万用表，其通过所述多路信号切换模块的电压输出口与每个压力传感器的电压输出线连接，用于测量接受调试的压力传感器的输出电压模拟信号；

单线数字转换模块，其通过所述多通道信号切换模块的数据通讯口与每个压力传感器的数据通讯线连接；

工控机，包括第一串口、第二串口和数字控制卡，其第一串口与所述高精度万用表连接，所述高精度万用表将测量出的电压值通过第一串口送到工控机中，所述工控机根据接收到的电压进行计算和分析，并得出补偿数据，其第二串口与所述单线数字转换模块连接，所述单线数字转换模块用于转换工控机中计算得出的补偿数据并将其写入到压力传感器的芯片中，其数字控制卡与多路信号切换模块的通道控制口连接，所述工控机通过数字控制卡控制多路信号切换模块依次切换到每个接受调试的压力传感器所在的通道。

2.根据权利要求1所述的压力传感器调试系统，其特征在于，所述多路信号切换模块的接线口通过多路电缆与每个压力传感器的4根引出线连接。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器调试系统，其特征在于，所述压力传感器为基于MAX1452芯片的智能压力传感器。

4.一种使用权利要求3所述的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，其特征在于，包括：

步骤一：初始化所有接受测试的压力传感器的通道，并通过工控机设定调试所需的温度点与通道；

步骤二：先通过压力控制仪将多路传感器测试压力座对接受调试的压力传感器施加的压力设为零，并设定压力传感器输出电压的目标值，接着通过高精度万用表读取压力传感器的输出电压，并通过工控机计算所需的调节量，然后将该调节量的数据通过单线数字转换模块写入压力传感器的芯片中，再通过高精度万用表测量压力传感器的输出电压，判断压力传感器的输出电压是否达到目标值，若未达到目标值则通过工控机继续重复计算所需调节量并写入数据，直到压力传感器的电压输出达到目标值，接下来再通过工控机的数字控制卡，使多路信号切换模块切换到下一个为接受调试的压力传感器所在的通道，并重复该步骤直到所有接受调试的压力传感器的零点标定完毕；

步骤三：先通过压力控制仪将多路传感器测试压力座对接受调试的压力传感器施加的压力设为满量程压力值，并设定压力传感器输出电压的目标值，接着重复步骤一中除设定压力值与目标值之外的其他所有步骤，然后通过压力控制仪将压力传感器所受压力设为零，并通过高精度万用表判断压力传感器的零压力输出电压是否达到预设目标值，若未能达到则重复步骤二与步骤三中的所有步骤，直到所有接受调试的压力传感器的零位输出电压及满位输出电压均已达到预设目标值，工控机在结束标定后保存所有所得数据；

步骤四：切换高低温箱中的温度，重复步骤二至步骤三中所有步骤，直到完成压力传感器在所有温度点下的调试工作，然后通过工控机计算插值，并将计算出的数据烧录到压力传感器的芯片中，最后重启系统，完成温度补偿。

5.根据权利要求4所述的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述压力传感器输出电压的目标值设定为零点输出时的电压值。

6.根据权利要求5所述的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述压力传感器输出电压的目标值设定为满量程输出时的电压值。

7.根据权利要求6所述的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述预设的温度点平均分布在低温区及高温区。

8.根据权利要求7所述的压力传感器调试系统对压力传感器进行调试的方法，其特征在于，在所述步骤四中，重启系统后，通过压力控制仪将压力传感器所受到的压力设定为零和满量程压力，在这两种情况下分别通过高精度万用表测量接受测试的压力传感器的输出电压，以测试压力传感器补偿后的性能。

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