一种自动化压力传感器标定系统设计

摘 要：压力传感器实际运用前为了保证使用精度需对传感器进行校验标定，传统标定设备体型大、结构复杂、操作繁琐，不适合工程试验现场使用，本文介绍的是一种由基准压力校验控制模块，待测压力传感器数字采集模块和PC自动化处理模块组成的自动化压力传感器标定系统，本设计有模块化设计、自动化程度高、标定结果精确度高等优点，可广泛运用在计量标准检测单位、物理工程试验室、航空航天等领域。

【关键词】压力传感器 传感器标定 数据处理 软件设计

压力测量在工业、科技、军事、航空航天等各种行业中运用广泛，对于0～1MPa的低压测量来说，主要运用在各行业专业实验室，压力测量精度要求很高，对于相应的压力传感器性能提出了很高的要求。

压力传感器由于制作材料、工艺等因素会引入一些误差，导致其实际静态参数与理论参数有一定的偏差，所以必须在传感器使用前进行标定校验；另外即使标定过的传感器在使用或放置过一段时间后，由于自身及环境变化的影响，也会发生温漂、零漂，灵敏度、迟滞等静态参数也会发生变化，同样需要定期对传感器进行性能参数校准。

现阶段一般压力传感器都是在相关质检部门专用设备上进行标定，自动化程度较低，消耗时间长，标定完传感器在运输、安装过程中也会引入新的误差，而在实际情况中，工程测试人员在现场完成传感器标定操作更为合适，因为传感器使用所处环境、温度都与测量时一致，且省去了送检的麻烦和来回前后的不确定性，可以极大提高了工作效率。

综上所述，为压力传感器检测提供一种自动化现场标定解决方案是非常有必要的。本文介绍的标定系统设计从两个方面满足了其自动化的性能要求：

（1）采用具备自动切换不同量程的标定系统模块作为基准来标定待检传感器，满足不同量程压力传感器的高精度标定要求；

（2）通过连接PC控制整个标定过程，并在标定结束后自动输出压力传感器标定报告，包括灵敏度、迟滞、重复性等静态参数和最小二乘法等线性公式。

1 系统构成及工作原理

本压力标定系统主要由基准压力采集模块、待测压力采集模块、控制数据处理电脑、自带泵调节阀、压力气源（气罐）构成。

系统主要技术指标如下：量程：0～1MPa；总体不确定度 ≤0.2%FS；非线性：≤0.2%FS；重复性：≤0.2%。

系统工作时通过PC端软件预先设置好标定参数，包括标定压力具体数值，循环次数，湿度，温度等，系统开始工作后自带泵调节阀调节压力气源同时给待测压力传感器和基准压力传感器提供给定输出值的气压，两套采集模块分别采集数据发送到PC端并记录、储存，然后依次循环完成预先设置好的标定压力值后，调节阀门关闭，系统停止运行，最后通过软件处理数据并自动输出标定报告。

1.1 调节阀

自带泵调节阀配有内置泵用以产生和调节压力外接压力源及真空泵可以提高控制速度。

这种调节阀用于产生及控制极其精确的微压，或者在没有外接气源的情况下使用。所有SVR调节阀需要使用外部气源，这个气源应该是最大量程的110%。

1.2 基准压力采集模块

本模块配备带有压力调节器的独立控制通道，分别配置两个量程的基准压力传感器，第一个量程比为待测传感器的全测量范围，第二个量程比的测量范围不能小于全测量范围的 50%，通过内置单片机自动切换基准传感器进行压力测量，达到提高测量精度的目的。本模块所选用基准压力传感器出厂时都配有可溯源至NIST的校准证书，而且具有A2LA的校准证书认证，完全可以作为基准传感器对待测传感器进行标定。

本模块自带信号调理及A/D转换电路模块，采集到的压力模拟信号通过信号调理电路进行电桥平衡及信号放大处理，放大后的信号输入到A/D转换电路，由A/D转换芯片自带的滤波功能进行滤波，并将模拟信号转换成数字信号通过RS232接口传输到电脑中进行后续处理。

1.3 待测压力采集模块

本模块由直流稳压电源与模拟量输入数显采集器组成。供电电源的稳定性和可靠性直接决定了整个采集处理系统的精度，电源如果出现抖动，会引起采集系统AD输出误差，直接影响传感器标定的准确度，所以要选用低噪声、线性度且工作稳定的电源。

待测传感器在受到气源供给气体压力后，输出模拟电压信号，等待数据稳定后，由某型数显采集器记录数据、存储并通过串行接口与PC连接。

1.4 PC控制处理软件设计

PC控制端软件设计主要由硬件控制和数据处理输出设计两部分构成。硬件主要负责自带泵调节阀的标准压力控制和两个采集模块的数据通信控制；数据处理输出部分负责在接收到标定压力数据后，完成数据计算并输出标定结果。硬件控制采用C语言进行开发，可以与数据处理部分采用的LabVIEW系统开发软件很好的兼容。

2 系统应用及验证

运用本系统对一个国外1.5bar压力传感器进行标定验证，以确定系统是否满足设计要求，标定结果如下：

重复性误差：0.048%：回程误差：0.029%

线性误差：0.05%：基本误差：0.375%

与压力传感器出厂时所带技术指标证书相比，线性度、重复度等参数平均偏差率在0.1%以内，证明本系统可以准确、可靠的完成压力传感器标定任务，符合系统设计要求。

参考文献

[1]杨天明，郭明智，游红伟.压力传感器在称重过程中的应用[J].河南科技学院学报，2005.33[4]：72-75.

[2] mensor. CPC6000 Manual，2014.

作者单位

中国特种飞行器研究所 湖北省荆门市 448035