CN103808460B - 压力传感器静态性能快速校准方法 - Google Patents
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Abstract
压力传感器静态性能快速校准方法，主要用于小型压力传感器中批量生产的快速校准、筛选，将传统校准过程的手动或半自动化操作改为自动化运行。将计算机、高速数据采集器、压力泵、压力控制器、大容腔储气罐、压力管道、小容腔压力容器、加压电磁阀、卸载电磁阀、管径粗调阀、压力阀和阀门驱动器组成快速校准系统。计算机控制压力泵给系统给大容腔储气罐提供压力源，并通过阀门驱动器驱动阀门调节系统压力变化，使小容腔压力容器内形成可控的一阶变化压力，并作用于小容腔压力容器内的被校准压力传感器，使输出压力成为与时间成符合指数特性变化的量。高速数据采集器测量被校准压力传感器输出电压参数，自动校准软件实时显示和记录。
Description
技术领域
本发明属于计量测试技术领域，涉及压力传感器在大批量生产条件下的快速校准。
背景技术
压力传感器广泛应用于航天运载系统、载人航天工程系统、遥感测量、环境监测、医疗器械及武器装备等行业，其可靠性直接影响测量装置的性能。为了保证生产的每只压力传感器都能够准确地传递信息，需要在使用前对传感器进行校准。目前所进行的性能测试主要是静态校准，主要包括在线性度、重复度和回差三项指标。
压力传感器静态性能校准的传统方式主要是通过手动的方式来完成。这种方式的精度控制复杂，校准过程中的人工加减砝码、记录数据和计算等环节很容易产生测量误差；校准过程繁琐，进程共为三组，每一组为一对正、反行程，正、反行程又各为6个，通过大小不同递减或递增的标准压力值校准一个传感器一般需测量3个循环6个行程。这种方式的校准效率极低，根据传感器量程的大小，一个行程通常设置6～9个校准点，整个校准大约需要半个工作日。
关于压力传感器静态性能的自动校准，已经发表了一些文献资料。“压力传感器静态特性自动校准装置的研制”(余清.航天工艺.2008.5)提出一种由压力测试台、测试电器箱、驱动控制箱、计算机、打印机和标准传感器等六部分组成的校准装置，实现了校准过程中的自动加压、自动采集数据和自动处理，校准效率得到了一定的提高；但压力传感器的静态校准精度完全依赖于标准传感器标定的压力值，而且装置的维护与保养的成本高；“压力传感器(静态)自动校准装置”(许屹晖,樊玉富,薛长生.航天器环境工程.2005.6)提出一种由工控计算机、一体化压力控制器、数据采集器、压力传感器接口装置打印机及辅助设施等组成的校准装置，对压力传感器的静态校准虽然不需要对标准传感器进行标定，但是整个校准工作需要进行多个循环测试，效率难于得到有效的提高。其它文章或专利所提出的方法与上面两种方案类似，很少发现从根本上对现有的校准手段和校准方式进行改进的实验装置。
发明内容
本发明的技术解决问题是：提供一种压力传感器静态性能快速校准方法，在校准手段上将目前的人工或半自动加码的校准方式，改为计算机控制的由一阶变化压力加压的自动校准方式，具有较高的自动化水平，节省大量的时间；在校准的方式上突破了传统的采用标准压力传感器与被校准传感器并联对比的繁杂校准方法，减少了校准的关键影响因素，在现场环境下获得较高的校准精度。
本发明的技术方案是：被校准压力传感器置于小容腔压力容器内，并使用固定件将其固定；计算机控制阀门驱动器驱动加压电磁阀和卸载电磁阀调节，并配合压力泵、大腔压力控制器、大容腔储气罐、压力管道、管径细调阀、管径粗调阀、进口压力阀和出口压力阀，小容腔压力容器产生一阶变化压力的升压和降压过程，高速数据采集器快速采集一阶变化压力作用于被校准压力传感器时的输出，整个过程由校准方法生成的自动校准软件控制校准系统自动运行，并将校准数据自动记录和记录。
具体的技术方案为：用大容量储气罐替代传统压力传感器校准中增加压力用的砝码。校准系统的特征在于大容量储气罐要远大于小容腔压力容器体积，它们之间以压力管道连接，通过调节加压电磁阀、卸载电磁阀、管径粗调阀和管径细调阀使大容量储气罐按照控制要求释放，使小容腔压力容器内压力呈现一阶变化，为置于其内被校准压力传感器提供校准压力；校准时，计算机打开进口压力阀关闭出口压力阀，之后启动压力泵给大容量储气罐加注压力，直至达到计算机设定压力范围后，大容量储气罐上的大腔压力控制器向计算机发出停止信号，计算机停止压力泵工作同时关闭进口压力阀；计算机通过打开加压电磁阀，调节管径粗调阀和管径细调阀调节使小容腔压力容器内升压过程呈现一阶变化，被置于小容腔内的被校准压力传感器承受一阶变化压力，高速数据采集器在自动校准软件控制下实时采集被校准压力传感器在各检定点的输出；完成正行程校验后，计算机打开卸载电磁阀，调节管径粗调阀和管径细调阀调节使小容腔压力容器内压力按照一阶变化下降，被置于小容腔内的被校准压力传感器承受一阶变化压力，高速数据采集器在自动校准软件控制下实时采集被校准压力传感器在各检定点的输出。正反行程各检定点数据经过自动校准软件处理得到被校准压力传感器的线性度、重复度和回差指标，整个校准过程不超过3分钟。
被校准压力传感器静态性能校准方法，校准之前根据被校准压力传感器的精度和测量范围将压力传感器全量程分成若干等间隔的加压、卸载压力检定点；压力加载开始后，当小容腔压力容器内一阶变化压力将升至第一个压力检定点时，配合压力管道，计算机通过阀门驱动器控制管径粗调阀和管径细调阀调节小容腔压力容器内压力变化的稳定性，自动校准软件通过高速数据采集器自动读取被校准压力传感器压力输出值；当已经超过第一个压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；之后当一阶变化压力将升至第二个压力检定点时，自动校准软件又通过高速数据采集器自动读取压力传感器压力输出值，当已经超过第二个压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；如此下去直到记录完最后一个压力检定点，从而得到多组表征小容腔压力容器内压力变化的压力传感器输出数据，校准的加载工序结束；至此小容腔压力容器内压力达到最大值，稳定一段时间后，自动校准软件向阀门驱动器发出卸压指令，卸载电磁阀打开，小容腔压力容器内压力按照一阶变化下降，当将降至最大压力检定点时，自动校准软件通过高速数据采集器自动读取压力传感器压力输出值，同时调整小容腔压力容器内压力变化的稳定性；当已经降至低于最大压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；之后当一阶变化压力将降至第二大压力检定点时，自动校准软件又通过高速数据采集器自动读取被校准压力传感器压力输出值，当已经低于第二大压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；如此下去直到记录完最后一个压力检定点，从而得到多组表征小容腔压力容器内压力变化的压力传感器输出数据，校准的卸载工序结束。将一个正反行程得到各检定点数据看作是多个循环行程到的数据，经过自动校准软件内部算法的处理得到被校准压力传感器的线性度、重复度和回差指标。整个校准过程全部由计算机控制校准系统自动运行，不需要任何手工操作。校准完成之后根据需要生成压力传感器静态性能校准报表。
本发明的优点是：突破了传统的采用标准压力传感器与被校准传感器并联对比的繁杂校准方法，减少了校准的关键影响因素，现场环境系统也可以获得较高的校准精度；传统的加码工序该由计算机控制的一阶变化压力替代，一个一阶压力的加压、卸载循环即可完成校准工作；校准效率高，在自动校准软件配合下可在数分钟内完成一键式压力传感器校准工作。
附图说明
图1压力传感器静态性能快速校准系统示意图；
1—计算机，2—压力泵，3—进口压力阀，4—大容腔储气罐，5—大腔压力控制器，6—出口压力阀，7—加压电磁阀，8—管径粗调阀，9—管径细调阀，10—小容腔压力容器，11—被校准压力传感器，12—小腔压力控制器，13—卸载电磁阀，14—高速数据采集器，15—压力管道，16—阀门驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例进一步说明本发明。
压力传感器静态性能快速校准方法的硬件组成部分如图1所示，校准时，计算机1打开进口压力阀3关闭出口压力阀6，之后启动压力泵2给大容量储气罐4加注压力，达到计算机1设定压力范围后，大容量储气罐4上的大腔压力控制器5向计算机1发出停止信号，计算机1停止压力泵2工作同时关闭进口压力阀3；计算机1打开加压电磁阀7，调节管径粗调阀8和管径细调阀9使小容腔压力容器10内升压过程呈现一阶变化，被置于小容腔压力容器10内的被校准压力传感器11承受一阶变化压力，高速数据采集器14在自动校准软件控制下实时采集被校准压力传感器11在各检定点的输出；完成正行程校验后，计算机1打开卸载电磁阀13，调节管径粗调阀8和管径细调阀9使小容腔压力容器10内压力按照一阶变化下降，被置于小容腔压力容器10内的被校准压力传感器11承受一阶变化压力，高速数据采集器14在自动校准软件控制下实时采集被校准压力传感器11在各检定点的输出。
自动校准软件，用来设定检定点，控制校准过程，显示、记录压力传感器标定点采集数据，对采集进行线性度、重复度和回差指标处理，合成压力传感器静态性能的综合评价指标。
被校准压力传感器11静态性能校准方法，校准之前根据被校准压力传感器11的精度和测量范围[PL,PU]，将被校准压力传感器11全量程分成若m等间隔的加压、卸载压力检定点{P1，P2，…，Pi，…Pm-1,Pm}。
Claims (1)
1.一种压力传感器静态性能快速校准方法，包括计算机(1)、压力泵(2)、进口压力阀(3)、大容腔储气罐(4)、大腔压力控制器(5)、出口压力阀(6)、加压电磁阀(7)、管径粗调阀(8)、管径细调阀(9)、小容腔压力容器(10)、被校准压力传感器(11)、小腔压力控制器(12)、卸载电磁阀(13)、高速数据采集器(14)、压力管道(15)、阀门驱动器(16)；其特征在于：被校准压力传感器固定于小容腔压力容器(10)内；校准之前根据被校准压力传感器(11)的精度和测量范围将它的全量程分成若干等间隔的加压、卸载压力检定点；计算机(1)控制阀门驱动器(16)驱动加压电磁阀(7)和卸载电磁阀(13)，并配合压力泵(2)、大腔压力控制器(5)、大容腔储气罐(4)、压力管道(15)、管径细调阀(9)、管径粗调阀(8)、进口压力阀(3)和出口压力阀(6)，小容腔压力容器(10)产生一阶变化压力的升压和降压过程，高速数据采集器(14)快速采集一阶变化压力作用于被校准压力传感器时的输出；压力加载开始后，小容腔压力容器(10)内一阶变化压力升至第一个压力检定点时，配合压力管道(15)，计算机(1)通过阀门驱动器(16)控制管径粗调阀(8)和管径细调阀(9)调节小容腔压力容器(10)内压力变化的稳定性，自动校准软件通过高速数据采集器(14)自动读取被校准压力传感器(11)压力输出值；当已经超过第一个压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；之后当一阶变化压力将升至第二个压力检定点时，自动校准软件又通过高速数据采集器(14)自动读取被校准压力传感器(11)压力输出值，当已经超过第二个压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；如此下去直到记录完最后一个压力检定点，从而得到多组表征小容腔压力容器(10)内压力变化的被校准压力传感器(11)输出数据；至此小容腔压力容器(10)内压力达到最大值，稳定一段时间后，自动校准软件向阀门驱动器(16)发出卸压指令，卸载电磁阀(13)工作，小容腔压力容器(10)内压力按照一阶变化下降，当将降至最大压力检定点时，自动校准软件通过高速数据采集器(14)自动读取被校准压力传感器(11)压力输出值，同时调整小容腔压力容器(10)内压力变化的稳定性，当一阶压力降至低于最大压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；一阶变化压力将降至第二大压力检定点时，自动校准软件又通过高速数据采集器(14)自动读取被校准压力传感器(11)压力输出值，当已经低于第二大压力检定点后，自动校准软件发出指令停止数据采集；如此下去直到记录完最后一个压力检定点，从而得到多组表征小容腔压力容器(10)内压力变化的被校准压力传感器(11)输出数据；整个过程由校准方法生成的自动校准软件控制校准系统自动运行，并将校准数据自动记录；将一个正反行程得到各检定点数据看作是多个循环行程到的数据，经过自动校准软件内部算法的处理得到被校准压力传感器(11)的线性度、重复度和回差指标。
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