CN116608990A - 基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微差压传感器测试领域，提供了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统及测试方法，包括密闭压力罐，所述密闭压力罐内设置有托台，所述托台上固定微差压传感器、温度传感器以及热源；所述微差压传感器、温度传感器以及热源通过真空连接器与控制平台连接，所述控制平台与上位机通信连接，所述上位机通过虚拟仪器控制控制平台；所述微差压传感器连接导管的一端，所述导管的另一端穿过密闭压力罐向外伸出。本发明通过可调温热源来控制温度，通过微差压泵、气源与电气比例阀来改变密闭压力罐内气体压强，从而对微差压传感器在不同温度、压力下的线性度和重复性等性能进行测试。

Description

基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于微差压传感器测试技术领域，具体涉及一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统及测试方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

虚拟仪器技术是计算机辅助测试技术发展的新高度，其把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现许多硬件的功能，例如示波器、频谱分析仪、绘图仪、信号发生器等等，从而降低测试系统的硬件成本。其中美国NI公司开发的LabVIEW软件是目前测试及控制领域最常用的软件，使用的是图形化编程语言，提高了编程效率，同时降低了对用户的专业要求。虚拟仪器技术在测试领域广泛的运用，使用虚拟仪器技术可以提高测试精度与效率，充分利用计算机资源，实现自动化测试。

目前微差压传感器在许多工业领域得到广泛应用，如测量气流、气体流量等。在工业和科研领域中，对微差压传感器的测试要求越来越高，如测试其线性度、稳定性、灵敏度等指标。通过数字示波器来进行微差压传感器的测试是当今的主要方法，但是常见的数字示波器通常只有4个输入通道，要实现更多通道采集时需要多台示波器同时使用，各台仪器间的时钟同步、触发同步需要精确校准，而且用多台示波器实现多通道采集的方案其系统体积和功耗会比较大，对测试工作造成不便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统及测试方法，本发明通过可调温热源来控制温度，通过微差压泵、气源与电气比例阀来改变密闭压力罐内气体压强，从而对微差压传感器在不同温度、压力下的线性度和重复性等性能进行测试。

根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，采用如下技术方案：

基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，包括密闭压力罐，所述密闭压力罐内设置有托台，所述托台上固定微差压传感器、温度传感器以及热源；

所述微差压传感器、温度传感器以及热源通过真空连接器与控制平台连接，所述控制平台与上位机通信连接，所述上位机通过虚拟仪器控制控制平台；

所述微差压传感器包括两个气嘴，其中一个气嘴连接导管的一端，所述导管的另一端穿过密闭压力罐向外伸出。

进一步地，所述密闭压力罐包括上盖和密闭压力罐本体，所述密闭压力罐上盖与所述密闭压力罐本体螺纹连接。

进一步地，所述密闭压力罐本体侧面开设有连通孔，所述连通孔上固定有三通管；

所述密闭压力罐通过三通管分别连接微差压泵和微差压表。

进一步地，所述微差压泵与三通管的一端通过第一截止阀连通。

进一步地，所述密闭压力罐本体远离连通孔的一侧还开设有阀门孔，所述密闭压力罐通过阀门孔与电气比例阀的出气孔连通。

进一步地，所述电气比例阀的进气孔连接第二截止阀的出气口，所述第二截止阀的进气口连接气体流量计的出气口，所述气体流量计的进气口连接调压泵的出气口；所述调压泵的进气口连接气源。

进一步地，所述密闭压力罐上盖开设有导管孔和导线孔；

所述导管的一端通过导管孔伸出密闭压力罐；

所述真空连接器固定在导线孔内，用于导线的连接。

进一步地，所述导管在密闭压力罐的一端设置有多个端口，其中一个端口与微差压传感器的一个气孔连接。

进一步地，所述控制平台通过导线连接气体流量计以及电气比例阀；

所述上位机通过控制平台获取所有传感器、气体流量计、热源以及电气比例阀的运行数据。

根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试方法，采用如下技术方案：

基于虚拟仪器的微差压传感器测试方法，利用第一方案所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，包括：

利用上位机通过虚拟仪器检查微差压传感器及与控制平台连接的其他组件是否能够正常工作；通过推动微差压泵来改变密闭压力罐内压强，判断微差压泵和微差压表是否能够正常工作；

打开截止阀、调压阀，通过虚拟仪器控制控制平台进而控制气体流量计及电气比例阀工作后打开气源，使气体稳定流入密闭压力罐，罐内压力达到设定值且气体充分稳定后关闭电气比例阀；

先在常温下进行一次测试，比较微差压传感器输出结果与微差压表输出结果，如果比较结果相差大，调整热源温度或者微差压泵的压力再进行测试，如果比较结果还是差距大，则判断微差压传感器损坏；

如果比较结果正常，在微差压传感器工作范围内通过控制热源以及电气比例阀测量不同温度、不同压力下微差压传感器的输出值，并将输出数据通过控制平台串口传输到上位机存储分析，绘制测量曲线，确定微差压传感器的线性度、灵敏度、重复性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在结构设计方面，此系统集成化及自动化程度高，能够通过上位机来实现系统的整体控制，不需要过多的人为干预；系统操作简单，各组件之间的模块设计使得系统遇到问题时操作人员可以快速分析出出现错误的部分；系统占地较小，对于放置场景没有特殊要求，室温下即可进行测试操作；系统可移植性程度高，在不同的设备上可以快速完成测试系统软件部分搭建；系统具有高可配置性，对于不同型号的压力传感器、气体流量计只需更改相关模块就可以进行相关的测试工作。

本发明通过LabVIEW及Arduino来实现对整个测试系统的控制，测试过程可视化程度高，能够实时存储测试数据，并可以按照自身需要修改报表或者测试曲线的形式，可移植性高，在不同的设备上可以快速完成测试系统软件部分搭建，与传统测试系统相比，测试成本明显降低，并且对于不同型号的传感器只需简单修改程序就可进行相关测试。本系统具有实现简单、操作便捷、测试精度高等优点，具有较高的应用价值和推广前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中密闭压力罐的结构图；

图3是本发明实施例基于虚拟仪器的微差压传感器测试方法的流程图；

图中：

1.上位机；2.控制平台；3.导线；4.真空连接器；5.导管；6.微差压传感器；7温度传感器；8.热源；9.微差压表；10.微差压泵；11.第一截止阀；12.密闭压力罐；13.电气比例阀；14.气体流量计；15.调压泵；16.气源；17.第二截止阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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。

术语解释：

虚拟仪器：虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，包括密闭压力罐12，所述密闭压力罐12内设置有托台，所述托台上固定微差压传感器6、温度传感器7以及热源8；

所述微差压传感器6、温度传感器7以及热源8通过真空连接器4与控制平台2连接，所述控制平台2与上位机1通信连接，所述上位机1通过虚拟仪器控制控制平台2；

如图2所示，所述微差压传感器6包括两个气嘴，其中一个气嘴连接导管5的一端，所述导管5的另一端穿过密闭压力罐12向外伸出。

如图2所示，所述密闭压力罐12包括上盖和密闭压力罐本体，所述密闭压力罐上盖与所述密闭压力罐本体螺纹连接。

所述密闭压力罐本体侧面开设有连通孔，所述连通孔上固定有三通管；

所述密闭压力罐通过三通管分别连接微差压泵10和微差压表9；所述微差压泵10与三通管的一端通过第一截止阀11连通。

所述密闭压力罐本体远离连通孔的一侧还开设有阀门孔，所述密闭压力罐12通过阀门孔与电气比例阀13的出气孔连通。

所述电气比例阀13的进气孔连接第二截止阀17的出气口，所述第二截止阀17的进气口连接气体流量计14的出气口，所述气体流量计14的进气口连接调压泵15的出气口；所述调压泵15的进气口连接气源16。

所述密闭压力罐上盖开设有导管孔和导线孔；所述导管5的一端通过导管孔伸出密闭压力罐；所述真空连接器4固定在导线孔内，用于导线的连接。

所述导管5在密闭压力罐12的一端设置有多个端口，其中一个端口与微差压传感器6的一个气孔连接。

所述控制平台2通过导线连接气体流量计4以及电气比例阀13；所述上位机1通过控制平台2获取所有传感器、气体流量计4、热源8以及电气比例阀13的运行数据。

具体地，本实施例所述的测试系统，具体有：

(1)待测微差压传感器、温度传感器、加热模块都放置在密闭压力罐内。

(2)密闭压力罐用不锈钢材料制成，有四个开孔，分别连接真空连接器，气管，三通管，电气比例阀，密闭压力罐上盖可拧开，通过螺纹连接主体。

(3)密闭压力罐内设有托台，用于放置微差压传感器、温度传感器以及加热模块，其目的是减少开关电气比例阀时气流对传感器本体的直接影响。

(4)上位机通过虚拟仪器(LabVIEW)向控制平台(Arduino)发送控制指令，两者通过串口实现通信。

可以理解的是，此处虚拟仪器以及控制平台的选择是采用了现有技术中常规常用选择，可以根据具体情况适时选择其他，另外，控制平台此处选择Arduino并不是唯一优选，可根据实际需要选择其他单片机微处理器。

(5)Arduino与微差压传感器、温度传感器以及加热模块相连，连接线是通过真空连接器连接，保证了气密性。

(6)Arduino与电气比例阀以及气体流量计通过连接线在密闭压力罐外连接。

(7)上位机不光控制Arduino，还需要实现数据的实时记录、存储以及制表显示等功能，以便后续的数据分析和处理。

(8)导管一端通向室外，一端连接到微差压传感器的一个气孔，导管在密闭压力罐的一侧可以设置多个端口，方便扩展。

(9)微差压表和微差压泵通过三通管与密闭压力罐相连，微差压泵的一端另设有截止阀。需要注意的是，为了保证测试精度，三通管的长度应尽量短，并且尽量采用直通式的三通管，以减小气路阻力。

(10)电气比例阀的进气孔连接到另一个截止阀的出气口。

(11)截止阀的进气口连接到气体流量计的出气口。

(12)气体流量计的进气口连接到调压阀的出气口。

(13)调压阀的进气口连接到气源。

本实施例提供的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，对于测试环境、测试条件相近的压力传感器及气体流量计都可对其进行相关测试。例如对于绝压传感器，则无需通过导管将传感器一端引出到密闭容器外。只需将绝压传感器放置在密闭容器中，接收气源或微压泵提供的压力，然后将感应结果输出到上位机显示。综上所述，通过修改系统的部分连接方式及相关数据处理模块即可对测试环境、测试条件相近的压力传感器及气体流量计都可对其进行相关测试，简化了传统微差压传感器检测的繁琐检测设备，提高了检测效率。

实施例二

本实施例提供了一种基于虚拟仪器的微差压传感器测试方法，包括：

利用上位机通过虚拟仪器检查微差压传感器及测试装置是否能够正常工作；通过推动微差压泵来改变密闭压力罐内压强，判断微差压泵和微差压表是否能够正常工作；

打开截止阀、调压阀，通过虚拟仪器控制控制平台进而控制气体流量计及电气比例阀工作后打开气源，使气体稳定流入密闭压力罐，罐内压力达到设定值且气体充分稳定后关闭电气比例阀；

先在常温下进行一次测试，比较微差压传感器输出结果与微差压表输出结果，如果比较结果相差大，调整热源温度或者微差压泵的压力再进行测试，如果比较结果还是差距大，则判断微差压传感器损坏；

如果比较结果正常，在微差压传感器工作范围内通过控制热源以及电气比例阀测量不同温度、不同压力下微差压传感器的输出值，并将输出数据通过控制平台串口传输到上位机存储分析，绘制测量曲线，确定微差压传感器的线性度、灵敏度、重复性。

如图3所示，本实施例所述的测试方法，具体为：

将所有连接完成的实验装置放置在稳定的室内环境中，并接通电源。

开始测试前，通过LabVIEW检查微差压传感器及测试装置是否能够正常工作；通过推动微差压泵来改变密闭容器内压强，判断微差压泵及微差压表是否能够正常工作。测试装置是指与控制平台连接的其他组件，能够通过LabVIEW控制的仪器，即电气比例阀、气体流量计、温度传感器以及热源。

打开截止阀、调压阀，通过LabVIEW控制气体流量计及电气比例阀工作后打开气源，使气体稳定流入密闭压力罐，罐内压力达到设定值且气体充分稳定后关闭电气比例阀。

先在常温下进行一次测试，比较微差压传感器输出结果与微差压表输出结果，如果相差较大，可以调整温度或者压力再进行测试，如果结果还是差距较大，考虑是否是传感器已经损坏，可以更换传感器。

如果测试结果正常，在微差压传感器工作范围内通过控制加热模块以及电气比例阀测量不同温度、压力下微差压传感器的输出值，输出数据通过串口传输到上位机存储，分析，绘制测量曲线，进一步可以计算出该传感器的线性度、灵敏度、重复性。

实际测试过程中，可以通过抽取一定温度以及压力下的微差压传感器的输出值与该时刻微差压表的值进行对比，判断微差压传感器的输出是否可靠。

测试完成后关闭所有设备及电源。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，包括密闭压力罐，所述密闭压力罐内设置有托台，所述托台上固定微差压传感器、温度传感器以及热源；

所述微差压传感器、温度传感器以及热源通过真空连接器与控制平台连接，所述控制平台与上位机通信连接，所述上位机通过虚拟仪器控制控制平台；

所述微差压传感器包括两个气嘴，其中一个气嘴连接导管的一端，所述导管的另一端穿过密闭压力罐向外伸出。

2.如权利要求1所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述密闭压力罐包括上盖和密闭压力罐本体，所述密闭压力罐上盖与所述密闭压力罐本体螺纹连接。

3.如权利要求2所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述密闭压力罐本体侧面开设有连通孔，所述连通孔上固定有三通管；

所述密闭压力罐通过三通管分别连接微差压泵和微差压表。

4.如权利要求3所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述微差压泵与三通管的一端通过第一截止阀连通。

5.如权利要求3所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述密闭压力罐本体远离连通孔的一侧还开设有阀门孔，所述密闭压力罐通过阀门孔与电气比例阀的出气孔连通。

6.如权利要求5所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述电气比例阀的进气孔连接第二截止阀的出气口，所述第二截止阀的进气口连接气体流量计的出气口，所述气体流量计的进气口连接调压泵的出气口；所述调压泵的进气口连接气源。

7.如权利要求2所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述密闭压力罐上盖开设有导管孔和导线孔；

所述导管的一端通过导管孔伸出密闭压力罐；

所述真空连接器固定在导线孔内，用于导线的连接。

8.如权利要求7所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述导管在密闭压力罐的一端设置有多个端口，其中一个端口与微差压传感器的一个气孔连接。

9.如权利要求1所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，所述控制平台通过导线连接气体流量计以及电气比例阀；

所述上位机通过控制平台获取所有传感器、气体流量计、热源以及电气比例阀的运行数据。

10.基于虚拟仪器的微差压传感器测试方法，利用如权利要求1-9任一项所述的基于虚拟仪器的微差压传感器测试系统，其特征在于，包括：

利用上位机通过虚拟仪器检查微差压传感器及与控制平台连接的其他组件是否能够正常工作；通过推动微差压泵来改变密闭压力罐内压强，判断微差压泵和微差压表是否能够正常工作；

打开截止阀、调压阀，通过虚拟仪器控制控制平台进而控制气体流量计及电气比例阀工作后打开气源，使气体稳定流入密闭压力罐，罐内压力达到设定值且气体充分稳定后关闭电气比例阀；

先在常温下进行一次测试，比较微差压传感器输出结果与微差压表输出结果，如果比较结果相差大，调整热源温度或者微差压泵的压力再进行测试，如果比较结果还是差距大，则判断微差压传感器损坏；

如果比较结果正常，在微差压传感器工作范围内通过控制热源以及电气比例阀测量不同温度、不同压力下微差压传感器的输出值，并将输出数据通过控制平台串口传输到上位机存储分析，绘制测量曲线，确定微差压传感器的线性度、灵敏度、重复性。