CN112710425A - 气压传感器批生产标校系统和标校方法 - Google Patents
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Abstract
一种气压传感器批生产标校系统和标校方法，属于传感器标定领域。本发明为解决现有气压传感器批生产标校过程复杂，并且效率低的问题。系统包括压力控制模块通过毛细管连接标校工装模块；标校工装模块包括温湿度检定箱、管路分配单元和多个等间隔并行设置的传感器工装，每个传感器工装包括定向导轨和连接工装，管路分配单元和多个并行设置的传感器工装设置在温湿度检定箱内；所述压力控制模块通过毛细管连接管路分配单元的输入接口，管路分配单元设置多个输出接口，每个输出接口通过定向导轨与连接工装连接；每个连接工装上等间隔设置多个传感器接口，用于连接待标校气压传感器。本发明用于气压传感器批生产的标校。
Description
技术领域
本发明涉及气压传感器批生产标校系统和标校方法，属于传感器标定领域。
背景技术
气压传感器是地面气象站关键的测量器件。气压传感器压力范围属于微小压力级(450hPa～1100hPa)，对精度要求通常达到±0.25hPa(-40℃～60℃温度范围内)。在生产过程中需要精确标校传感器压力芯体自身的非线性误差和温度漂移带来的误差，以免影响产品最终性能。
批生产气压传感器与单只生产相比，芯体性能测试和补偿设备的气路结构更加复杂，包括气路中气体容积增大，需要转接变换的节点增多，以及气路中连接管径变化复杂等；同时，各类系统误差也会影响芯体的性能测试结果和对气压传感器补偿的精度；批产时由于各压力节点实际输出压力值与压力标准器测量值不一致，会造成同一批次标校的传感器指标存在差异。另外，气压传感器批生产标校过程复杂，标校参数较多，还需频繁调整控制设备输入条件和参数以及读取测量参数。
为了满足气压产品批生产阶段过程中，对标校系统精度、稳定性、批次一致性的高要求，以及解决目前批生产标校过程长、标校参数多，效率较低的问题，需要提供一种新的气压传感器批生产标校系统和标校方法，能过自动控制来减少减少因素影响，以提高工作效率。
发明内容
针对现有气压传感器批生产标校过程复杂，并且效率低的问题，本发明提供一种气压传感器批生产标校系统和标校方法。
本发明提供了一种气压传感器批生产标校系统，包括压力控制模块100和标校工装模块200，
压力控制模块100通过毛细管300连接标校工装模块200；
所述标校工装模块200包括温湿度检定箱210、管路分配单元220和多个等间隔并行设置的传感器工装，每个传感器工装包括定向导轨231和连接工装232，
管路分配单元220和多个并行设置的传感器工装设置在温湿度检定箱210内；
所述压力控制模块100通过毛细管300连接管路分配单元220的输入接口，管路分配单元220设置多个输出接口，每个输出接口通过定向导轨231与连接工装232连接；
每个连接工装232上等间隔设置多个传感器接口，用于连接待标校气压传感器。
根据本发明的气压传感器批生产标校系统，所述传感器工装包括四个，相邻传感器工装间隔100mm；每个传感器工装上相邻传感器接口间隔100mm。
根据本发明的气压传感器批生产标校系统，传感器接口通过接头233连接待标校气压传感器，并且接头233采用丁晴橡胶密封。
根据本发明的气压传感器批生产标校系统，多个等间隔并行设置的传感器工装同时通过基座对应与定向导轨231连接。
根据本发明的气压传感器批生产标校系统，传感器工装与基座的M20X1.5内螺纹快速接头连接。
根据本发明的气压传感器批生产标校系统，所述压力控制模块100包括气泵、压力控制器和压力标准器，
所述气泵用于为压力控制器提供压力源，压力控制器通过管路分配单元220控制传感器工装内的压力值，压力标准器测量的压力值作为对待标校气压传感器测量压力值的标校参照。
本发明还提供了一种气压传感器批生产标校方法，基于所述的气压传感器批生产标校系统实现，包括，
通过上位机控制压力控制器的压力控制值，使传感器工装内达到预设压力值；采用多通道采集器采集所有待标校气压传感器的压力传感值，并传递给计算机；
计算机对所有待标校气压传感器进行编号，并对应进行压力传感值的存储，结合压力标准器提供的参照值对待标校气压传感器进行批次标校。
根据本发明的气压传感器批生产标校方法，使温湿度检定箱210内的温度在-40℃～60℃的范围内按预定步长变化，并且在每个温度值下，按预定压力步长逐次变换压力控制器的压力控制值，获得待标校气压传感器在不同环境条件下的压力传感值；根据不同环境条件下压力传感值的变化规律，对待标校气压传感器进行非线性温度补偿，实现不同环境条件下待标校气压传感器的批次校验。
本发明的有益效果：本发明适用于压力传感器的批生产标校。能够解决现有传感器批生产标校中存在的因人为因素等而影响标定一致性和准确性的问题。本发明可实现压力传感器信号的自动采集并进行自动标校，极大的简化了标校过程，并且提高了标校效率。
本发明提高了气压传感器批生产标校的一致性和准确性，可增强传感器批量生产能力，有效消除标校过程中的干扰。
附图说明
图1是本发明所述气压传感器批生产标校系统的结构示意图；
图2是气压传感器批生产标校系统的整体结构示意框图；
图3是气压传感器批生产标校方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1和图2所示，本发明的第一方面提供了一种气压传感器批生产标校系统，包括压力控制模块100和标校工装模块200，
压力控制模块100通过毛细管300连接标校工装模块200；
所述标校工装模块200包括温湿度检定箱210、管路分配单元220和多个等间隔并行设置的传感器工装，每个传感器工装包括定向导轨231和连接工装232，
管路分配单元220和多个并行设置的传感器工装设置在温湿度检定箱210内；
所述压力控制模块100通过毛细管300连接管路分配单元220的输入接口，管路分配单元220设置多个输出接口，每个输出接口通过定向导轨231与连接工装232连接；
每个连接工装232上等间隔设置多个传感器接口，用于连接待标校气压传感器。
本实施方式所述标校系统包括标校和控制两大部分。
进一步，结合图1所示，所述传感器工装包括四个，相邻传感器工装间隔100mm；每个传感器工装上相邻传感器接口间隔100mm。
本实施方式中，管路分配单元220包括五个接口，即一个输入接口和四个输出接口。
再进一步，结合图1所示，传感器接口通过接头233连接待标校气压传感器，并且接头233采用丁晴橡胶密封。所述接头233可采用宝塔接头，并进行单独密封；其密封方式采用直接密封，无需软管。接头233连接待标校气压传感器后，传感器工装与基座的螺纹快速接头连接即可，这样可极大减小传感器安装难度，减少安装时间，并在有个别接口密封不良时随时更换维修等，整体测试不受影响。
管路分配单元220设置多个输出接口，可保证传感器工装之间的间距，并方便接头233的安装。
再进一步，结合图1所示，多个等间隔并行设置的传感器工装同时通过基座对应与定向导轨231连接。
再进一步，传感器工装与基座的M20X1.5内螺纹快速接头连接，所述快速接头可采用丁晴橡胶密封圈进行密封，使快速接头可耐高低温。
基座快速接头采用常规的螺纹快速接头，具有通用性强，操作方便，密封性好的优势。
使用过程中，标准压力从压力控制器输出后，经毛细管300进入温湿度检定箱210，并连接管路分配单元220，由管路分配单元220变为多路输出。基座经定向导轨231可直接与管路分配单元220快速插装，基座与管路分配单元220间采用直插密封，只需将基座放置在定向导轨231中推入接口即可密封。
再进一步，结合图2所示，所述压力控制模块100包括气泵、压力控制器和压力标准器，
所述气泵用于为压力控制器提供压力源，压力控制器通过管路分配单元220控制传感器工装内的压力值，压力标准器测量的压力值作为对待标校气压传感器测量压力值的标校参照。
本实施方式为了实现对待标校气压传感器测量数据的采集，还可以包括工控机、显示器、压力测控仪、数字万用表、数字电源、打印机以及检定工装等。对数据的处理可通过Labview自主开发的检定测量模块实现。
由于待标校气压传感器的数量较多，所有压力接口和电测接口都需要保证连接良好。
毛细管300可采用
不锈钢毛细管；毛细管300接口采用卡套密封；管路分配单元220材质和连接工装232材质均为7075铝，接头材质为不锈钢，密封方式为丁晴橡胶密封。
本实施方式中，由于测试压力比较低，测试传感器数量比较多，并且压力管路内部的折弯变径等比较多，为了保证气体能快速流通，保证各个接口都能快速的达到压力平衡，标准压力从控制器输出后，采用单管进入检定箱，进入检定后首先连接管路分配单元220，由管路分配单元220改成四路输出。一路进气变换为四路输出，可减少气体管路的长度和转弯变径，使控制气体快速稳定，消除接口间压力差。
具体实施方式二、结合图1至图3所示，本发明的另一方面还提供了一种气压传感器批生产标校方法，基于具体实施方式一所述的气压传感器批生产标校系统实现，包括，
通过上位机控制压力控制器的压力控制值，使传感器工装内达到预设压力值；采用多通道采集器采集所有待标校气压传感器的压力传感值，并传递给计算机；
计算机对所有待标校气压传感器进行编号，并对应进行压力传感值的存储，结合压力标准器提供的参照值对待标校气压传感器进行批次标校。
本实施方式中，压力控制器在上位机的控制下实现控制信号的自动输出；多通道采集器自动采集信号，计算机可根据信号采集的结果进行标校参数的计算。
结合图2所示，可通过上位机控制压力控制器使其能够自动进行压力传感器的静态标定，计算机通过多通道采集器采集不同温度和压力点下的传感器数据并进行编号、存储，最终可将数据反馈给技术人员，拟合传感器的工作曲面，将传感器进行重新编程后，可以进行批次校验。
按照图2所示进行待标校气压传感器与压力标准器的连接，采集待标校气压传感器的瞬时压力输出值，并与带入标准偏差的标准器数值进行比较，比较结果在最大允许误差范围内，即判定为合格产品；若判定为不合格产品，可对不合格产品重新进行补偿测试。
进一步，使温湿度检定箱210内的温度在-40℃～60℃的范围内按预定步长变化，并且在每个温度值下，按预定压力步长逐次变换压力控制器的压力控制值，获得待标校气压传感器在不同环境条件下的压力传感值；根据不同环境条件下压力传感值的变化规律，对待标校气压传感器进行非线性温度补偿，实现不同环境条件下待标校气压传感器的批次校验。
本实施方式工装整体压力测试范围为0～1350hPa.a(绝压)。
本实施方式中，对待标校气压传感器的标定及测试可通过上位机操作实现，测量不同温度下的参数变化及规律，并籍此进行传感器的非线性及温度补偿。采用软件数字化校准和测试，对提高传感器的一致性具有巨大优势，有利于提高批量化生产效率和批次一致性。
结合图3所示，可在上位工控机上基于Labview开发检定测控模块。在系统启动后，通过人机交互界面等待用户操作，用户选择开始测量后，检定测控模块控制数字电源为传感器提供所需要的电源电压，然后控制压力测控仪为检定测试工装上安装的待测传感器提供稳定的压力源，通过总线读取数字万用表读数或直接通过RS232总线测得传感器输出，通过误差计算判断传感器是否满足指标要求，最后将测量结果保存到报表文件中。从开始测量到测量结束，全部过程由检定测控模块自动完成，不需要人工干预。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。
Claims (8)
1.一种气压传感器批生产标校系统，其特征在于，包括压力控制模块(100)和标校工装模块(200)，
压力控制模块(100)通过毛细管(300)连接标校工装模块(200)；
所述标校工装模块(200)包括温湿度检定箱(210)、管路分配单元(220)和多个等间隔并行设置的传感器工装，每个传感器工装包括定向导轨(231)和连接工装(232)，
管路分配单元(220)和多个并行设置的传感器工装设置在温湿度检定箱(210)内；
所述压力控制模块(100)通过毛细管(300)连接管路分配单元(220)的输入接口，管路分配单元(220)设置多个输出接口，每个输出接口通过定向导轨(231)与连接工装(232)连接；
每个连接工装(232)上等间隔设置多个传感器接口，用于连接待标校气压传感器。
2.根据权利要求1所述的气压传感器批生产标校系统，其特征在于，
所述传感器工装包括四个，相邻传感器工装间隔100mm；每个传感器工装上相邻传感器接口间隔100mm。
3.根据权利要求2所述的气压传感器批生产标校系统，其特征在于，传感器接口通过接头(233)连接待标校气压传感器，并且接头(233)采用丁晴橡胶密封。
4.根据权利要求3所述的气压传感器批生产标校系统，其特征在于，多个等间隔并行设置的传感器工装同时通过基座对应与定向导轨(231)连接。
5.根据权利要求4所述的气压传感器批生产标校系统，其特征在于，
传感器工装与基座的M20X1.5内螺纹快速接头连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气压传感器批生产标校系统，其特征在于，
所述压力控制模块(100)包括气泵、压力控制器和压力标准器，
所述气泵用于为压力控制器提供压力源，压力控制器通过管路分配单元(220)控制传感器工装内的压力值，压力标准器测量的压力值作为对待标校气压传感器测量压力值的标校参照。
7.一种气压传感器批生产标校方法，基于权利要求6所述的气压传感器批生产标校系统实现，其特征在于包括，
通过上位机控制压力控制器的压力控制值，使传感器工装内达到预设压力值；采用多通道采集器采集所有待标校气压传感器的压力传感值，并传递给计算机；
计算机对所有待标校气压传感器进行编号，并对应进行压力传感值的存储，结合压力标准器提供的参照值对待标校气压传感器进行批次标校。
8.根据权利要求7所述的气压传感器批生产标校方法，其特征在于，
使温湿度检定箱(210)内的温度在-40℃～60℃的范围内按预定步长变化，并且在每个温度值下，按预定压力步长逐次变换压力控制器的压力控制值，获得待标校气压传感器在不同环境条件下的压力传感值；根据不同环境条件下压力传感值的变化规律，对待标校气压传感器进行非线性温度补偿，实现不同环境条件下待标校气压传感器的批次校验。
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