CN112051002A - 一种压力变送器批量自动标定系统及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力变送器批量自动标定系统及其标定方法，该系统由下位机和上位机标定系统构成，同时最多实现32个压力变送器的标定工作。1、下位机硬件电路使用MSP430作为主控芯片，通过串口与上位机进行通信，能够控制32个标定通道的正常切换；2、在VB6.0软件开发平台设计上位机标定系统，采用平均斜率法拟合压力变送器输出曲线实现压力变送器批量自动标定。将该系统应用于内嵌可编程增益放大器PGA308的电流输出型压力变送器。本发明的自动标定系统解决了传统手动标定精度低、效率低下等问题。

Description

一种压力变送器批量自动标定系统及其标定方法

技术领域

本发明属于压力变送器工装标定技术领域，提出一种压力变送器批量自动标定系统及其标定方法。

背景技术

目前，压力变送器已在国防建设、石油勘探、机械制造、气象监测、航空航天、冶金冶炼、生物医学、地质探测等领域得到广泛的应用。压力变送器生产完成后，压力变送器内部的信号调节芯片中用于保存调节信息的存储器默认存储值未知，调节芯片的调节作用未知，因此压力变送器输入输出曲线未知，必须对压力变送器进行标定，将压力变送器输入输出曲线调整为标准输入输出曲线，才能投入使用。传统的模拟标定方法通过调整压力变送器内部的电荷放大器以及适调电位器旋钮的方法，将待标定压力变送器的输入输出曲线调节为标准输入输出曲线。近些年国内的一些生产压力变送器的工业企业开始使用数字标定方法，通常为信号调节芯片供应商提供的简易人工手动数字标定方法。一方面，人工手动数字标定的方法存在标定流程比较复杂、标定过程容易引入人为因素造成的误差等不足之处。另一方面，这种方法耗费大量人力物力，生产效率低，不利于压力变送器的大规模批量生产。

因此，亟待研发一种压力变送器批量自动标定系统，提高标定精度和标定效率效率，节约成本。

发明内容

本发明提供一种压力变送器批量自动标定系统，解决现有人工手动标定技术中存在标定流程比较复杂、标定过程容易引入人为因素而造成标定精度低下等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

压力变送器批量自动标定系统，包括压力变送器工装、氮气瓶、压力控制器、电源箱、智能仪表、下位机硬件电路和上位机标定系统；

所述下位机硬件电路包括标定板和通道切换板；

所述标定板包括下位机主控电路、电源模块、协议转换模块和232接口电路模块；所述下位机主控电路完成对上位机标定系统发送的通道切换信息的接收、解析，并输出通道切换信息至通道切换模块；所述电源模块为各个模块提供工作电源；所述协议转换模块完成上位机标定系统与压力变送器信号调理芯片PGA308通信的协议转换；所述232接口电路完成232电平与TTL电平的相互转换；

所述通道切换板接收下位机主控电路发送的通道切换信息，实现指定通道压力变送器标定线接入硬件电路和输出电流线与多用表的串联；

所述上位机标定系统包括上位机远程控制模块、参数设置模块、标定模块、写寄存器模块、写OTP模块、复检模块和生成报表模块；所述上位机远程控制模块完成上位机标定系统对压力控制器、多用表、下位机硬件电路、压力变送器的控制；所述参数设置模块完成标定过程中的参数的设置、标定流程的制定、标定方式的修改；所述标定模块完成对变送器工装的标定；所述写寄存器模块将标定模块完成的标定结果写入对应压力变送器信号调理芯片PGA308的寄存器临时存储，当PGA308上电复位时，寄存器数据会被擦除；所述写TOP模块将标定成功的压力变送器对应的标定结果写入对应PGA308的OTP存储器永久存储，当PGA308上电时，会读取OTP存储器内部数据，使标定结果作用于压力变送器输出；所述复检模块在标定完成后写OTP之前对标定结果是否满足精度要求进行复检和写OTP过程完成后对压力变送器进行的简易复检；所述生成报表模块与复检模块相结合，生成Excel文件记录复检结果，并计算压力变送器输出特性；

所述上位机标定系统通过RS232接口与下位机硬件电路和压力变送器信号调理芯片PGA308通信。

进一步的，所述压力控制器选用的是PACE5000型压力控制器。

进一步的，所述压力变送器工装为内嵌可编程增益放大器308(PGA)的电流输出型压力变送器。

进一步的，所述标定模块完成对变送器工装的标定采用平均斜率法确定压力变送器原始输入输出曲线和标准输入输出曲线，得到零点迁移和量程迁移的计算结果并将其写入压力变送器信号调理芯片PGA308。

进一步的，所述下位机主控电路选用MSP430单片机作为主控芯片。

该系统的标定方法包括如下步骤：

步骤1，上位机标定系统设置标定工作所需串口通信的通信协议，打开串口并完成通信测试工作；读取标定工作的参数设置，包括压力变送器的工作量程、标准输出电流范围、标定通道选择；

步骤2，上位机标定系统通过串口向压力控制器发送压力控制命令，设置压力变送器输入气压；向下位机发送通道切换命令，将指定标定通道的压力变送器接入下位机硬件电路；压力控制器输出稳定后，上位机标定系统通过串口向智能仪表发送控制命令，智能仪表采集变送器输出电流数据并通过串口将电流数据发送至上位机，重复以上过程，完成32路标定通道在工作量程下限、上限气压处的电流采集工作；

步骤3，上位机标定系统根据电流输出数据计算零点迁移、量程迁移大小，计算结果通过串口经由下位机硬件电路协议转换模块发送至压力变送器完成标定；

步骤4，检测压力变送器在工作量程下限、中值、上限压力处电流输出数据，若符合精度要求，则压力变送器输出合格，标定成功；若电流输出不符合精度要求，则变送器输出不合格，标定失败。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的压力变送器批量自动标定系统具有自动化管理的特点：标定过程全程自动进行，无需人工操作，可降低成本。

2.本发明的压力变送器批量自动标定系统具有高精度的特点：由于标定过程自动进行没有人工干预，避免了手动标定所带来的误差，进而提高了标定精度。

3.本发明的压力变送器批量自动标定系统具有高效率的特点：由于本系统下位机硬件电路设计了32个标定通道，可同时最多进行32个压力变送器的标定工作即批量标定，大大提高了标定效率。

4.本发明的压力变送器批量自动标定系统具有面向客户的特点：由于上位机标定系统能够将标定过程实时显示在上位机界面上，复检功能和生成报表功能结合可以提供压力变送器线性度误差、迟滞、重复性误差和总精度的分析数据，并分析失败原因，可以直观的展现出标定结果。

附图说明

图1为摘要选图；

图2为压力变送器内部框图；

图3为本发明的标定系统总体设计框图；

图4为本发明的下位机硬件电路整体框图；

图5为本发明的下位机主控电路总体框图；

图6为本发明的下位机硬件电路通道切换板工作原理图；

图7为本发明的上位机标定系统总体框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1给出了本发明所用的电流输出型压力变送器内部结构示意图。

参见图2-图6所示的一种压力变送器批量自动标定系统：

该系统包括下位机硬件电路和上位机标定系统；

所述下位机硬件电路包括标定板和通道切换板，标定板包括主控电路模块、电源模块、协议转换模块、232接口电路、通道切换模块；上位机标定系统包括上位机远程控制模块、参数设置模块、标定模块、写寄存器模块、写OTP模块、复检模块、生成报表模块；

标定板的主控电路选用MSP430单片机作为主控芯片；

标定板的电源模块主要为下位机硬件电路和压力变送器提供电压，电源箱输出两组独立电压分别为+24v和+12v，+24v为压力变送器供电，而+12v通过 7805降压为+5v为下位机硬件电路供电，再通过AS1117降压为+3.3v为MSP430 单片机供电；

标定板的协议转换模块：信号调理芯片PGA308使用的One-Wire UART digital标定线一根数据总线完成数据双向传输，属于时分双工；上位机使用 RS232串口属于全双工数据传输，因此协议转换模块实现两种数据传输形式的转换；

标定板的232接口模块：上位机RS232串口使用232电平，而下位机MSP430 芯片和压力变送器内部的信号调理芯片PGA308使用的是TTL电平，因此必须进行电平转换才能建立通信；

通道切换板主要负责接收主控电路发送的通道切换信息，实现指定通道压力变送器标定线接入硬件电路和输出电流线与多用表的串联，此模块将上位机的标定命令送入指定标定通道进行变送器工装的标定；

上位机标定系统的远程控制模块完成上位机对压力控制器、多用表、下位机、压力变送器的命令控制；

上位机标定系统的参数设置模块包括压力变送器的工作量程设置、压力变送器的工作方式设置、压力变送器的标准电流输出设置、PGA308芯片的基准电压设置、数据采集的方式设置、复检设置、写OTP存储器操作的设置；

上位机标定系统的标定模块：参数模块完成参数设置后，标定模块完成标定工作；

上位机标定系统的写寄存器模块和写OTP模块：写寄存器模块是将标定模块计算出的参数临时写入PGA308芯片的RAM存储器，掉电后数据会被擦除，上电时PGA308芯片会重新读取OTP存储器的内容，根据读取结果重新配置 RAM存储器，因此，在标定完成后，执行“写OTP过程”永久保存标定结果，使标定结果作用于压力变送器；

上位机标定系统的复检模块和生成报表模块相结合，对标定结果的精度是否满足精度要求进行复检并生成Excel文件记录复检结果，并计算出压力变送器输出特性，包括线性度、迟滞、重复性等，能够记录压力变送器产品批次、编号、标定时间、操作员等信息。

下面介绍本发明压力变送器批量自动标定系统的使用过程：

具体实施步骤为：

打开上位机标定系统，标定系统界面由“寄存器浏览以及设置”、“设置参数”、“标定及复测”等三个界面。

步骤1，在“设置参数”界面进行标定前的参数设置；

(1-1)标定参数设置：设置压力变送器的输出电流范围及最大允许误差、输出气压范围及最大允许误差；

(1-2)串口模块设置：选择正确的端口(COM1-COM32)，并设置切换通道串口、标定通道串口、压力控制器串口以及多用表串口的波特率；

(1-3)标定通道的选择：选择要标定的通道，点击相应通道编号；

(1-4)设置标定流程：此部分包括“自动检验”和“自动写OTP”；

“自动检验”表示标定完成后是否在零压、中值压力、满压下变送器自动检验标定结果是否合格；“自动写OTP”表示在标定过程完成后是否对标定成功的通道自动写OTP。

步骤2，标定过程，点击“标定及复测界面”的标定选项开始进行标定，标定过程及标定结果显示在此界面，其内部过程如下；

(2-1)给定一个参数预设值写入PGA308寄存器，控制压力变送器的工作量程为下限和上限压力，并测量读取电流值将其转换为相应的电压值即原始输出信号；

(2-2)计算总期望增益；

(2-3)将总期望增益分为前端增益和输出增益，根据这三个增益计算出增益DAC值；根据压力变送器工作在量程下限时所对应的输出电压计算出粗偏移量；根据增益DAC值和粗偏移量计算出零DAC并将结果写入PGA308寄存器；

(2-4)上一步结果根据PGA308提供的零点迁移和量程迁移分配方式，得到标准输出信号计算值，调整原始输出信号；

(2-5)标准输出信号和原始输出信号采用平均斜率法校准增益DAC值；

(2-6)根据增益校准DAC值和PGA308提供的分配方式校准零DAC值，将结果写入PGA308寄存器，完成标定；

步骤3，复测过程，在“标定及复测界面”的复测模块进行设置，将标定结果的精度是否满足精度要求进行复检并生成Excel文件记录复检结果，并计算出压力变送器输出特性，包括线性度、迟滞、重复性等，能够记录压力变送器产品批次、编号、标定时间、操作员等信息。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (6)

1.压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，包括压力变送器工装、氮气瓶、压力控制器、电源箱、智能仪表、下位机硬件电路和上位机标定系统；

所述下位机硬件电路包括标定板和通道切换板；

所述标定板包括下位机主控电路、电源模块、协议转换模块和232接口电路模块；所述下位机主控电路完成对上位机标定系统发送的通道切换信息的接收、解析，并输出通道切换信息至通道切换模块；所述电源模块为各个模块提供工作电源；所述协议转换模块完成上位机标定系统与压力变送器信号调理芯片PGA308通信的协议转换；所述232接口电路完成232电平与TTL电平的相互转换；

所述通道切换板接收下位机主控电路发送的通道切换信息，实现指定通道压力变送器标定线接入硬件电路和输出电流线与多用表的串联；

所述上位机标定系统包括上位机远程控制模块、参数设置模块、标定模块、写寄存器模块、写OTP模块、复检模块和生成报表模块；所述上位机远程控制模块完成上位机标定系统对压力控制器、多用表、下位机硬件电路、压力变送器的控制；所述参数设置模块完成标定过程中的参数的设置、标定流程的制定、标定方式的修改；所述标定模块完成对变送器工装的标定；所述写寄存器模块将标定模块完成的标定结果写入对应压力变送器信号调理芯片PGA308的寄存器临时存储，当PGA308上电复位时，寄存器数据会被擦除；所述写TOP模块将标定成功的压力变送器对应的标定结果写入对应PGA308的OTP存储器永久存储，当PGA308上电时，会读取OTP存储器内部数据，使标定结果作用于压力变送器输出；所述复检模块在标定完成后写OTP之前对标定结果是否满足精度要求进行复检和写OTP过程完成后对压力变送器进行的简易复检；所述生成报表模块与复检模块相结合，生成Excel文件记录复检结果，并计算压力变送器输出特性；

所述上位机标定系统通过RS232接口与下位机硬件电路和压力变送器信号调理芯片PGA308通信。

2.根据权利要求1所述压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，所述压力控制器选用的是PACE5000型压力控制器。

3.根据权利权利要求1或2所述压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，所述压力变送器工装为内嵌可编程增益放大器308(PGA)的电流输出型压力变送器。

4.根据权利权利要求3所述压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，所述标定模块完成对变送器工装的标定采用平均斜率法确定压力变送器原始输入输出曲线和标准输入输出曲线，得到零点迁移和量程迁移的计算结果并将其写入压力变送器信号调理芯片PGA308。

5.根据权利4所述压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，所述下位机主控电路选用MSP430单片机作为主控芯片。

6.根据权利1所述压力变送器批量自动标定系统，其特征在于，该系统的标定方法包括如下步骤：

步骤1，上位机标定系统设置标定工作所需串口通信的通信协议，打开串口并完成通信测试工作；读取标定工作的参数设置，包括压力变送器的工作量程、标准输出电流范围、标定通道选择；

步骤2，上位机标定系统通过串口向压力控制器发送压力控制命令，设置压力变送器输入气压；向下位机发送通道切换命令，将指定标定通道的压力变送器接入下位机硬件电路；压力控制器输出稳定后，上位机标定系统通过串口向智能仪表发送控制命令，智能仪表采集变送器输出电流数据并通过串口将电流数据发送至上位机，重复以上过程，完成32路标定通道在工作量程下限、上限气压处的电流采集工作；

步骤3，上位机标定系统根据电流输出数据计算零点迁移、量程迁移大小，计算结果通过串口经由下位机硬件电路协议转换模块发送至压力变送器完成标定；

步骤4，检测压力变送器在工作量程下限、中值、上限压力处电流输出数据，若符合精度要求，则压力变送器输出合格，标定成功；若电流输出不符合精度要求，则变送器输出不合格，标定失败。

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