商用空调压力传感器批量校准系统的研制

陈春宇，谷小红

（浙江二花制冷集团有限公司，浙江 新昌 312500）

0 引言

商用空调用压力传感器一般精度不高（2%～3%以内即可）、温度补偿区域宽（-30℃～120℃），可靠性要求高，成本、系列化、标准化、批量化、性价比要求极高，一般与电子膨胀阀搭配使用，主要安装在压缩机的进排气口来检测系统的排气压力和吸气压力。本文针对目前商用空调压力传感器的校准、补偿和生产效率等方面存在的不足，研制出一套自动化的批量校准系统，从而可以通过软硬件的设计，对多个传感器同时进行补偿，获取对应的补偿数据。该系统在一定的温度范围内，依次对灵敏度、零点偏移进行修正，通过多方位的计算和修正，获得相关的温度补偿系数，最终将数据写入传感器的芯片中，能多通道、全自动、高质量、快速完成多个压力传感器的整个补偿过程，对于提高生产效率，降低生产成本和提高产品批次一致性有着非常重要的现实意义。

1 商用空调压力传感器批量校准系统整体设计

1.1 系统整体方案设计

整个系统主要由4个部分组成：主控模块、压力控制模块、温度控制模块、多路硬件校准模块和传感器。系统框图如图1所示。

1.1.1 系统主要模块

（1）主控模块

主控模块包含工控机、串口扩展卡、软件，可以通过各自的协议控制校准温度和校准压力，并与多路硬件校准模块连接，对传感器实现温度补偿。

（2）压力控制模块

压力控制模块为传感器校准时提供精确的压力，受主控模块控制来调整相应的压力值。

图1 系统框图

（3）温度控制模块

温度控制模块为传感器校准时提供精确的温度，受主控模块控制来调整相应的温度值。

（4）多路硬件校准模块

硬件校准模块为多通道，8～256路通道可配置，可以一次性连接多路传感器，主控模块需要通过其采集传感器数据以及给传感器写入补偿数据。

主控模块是整个系统的核心部分，由其来统一控制压力控制模块、温度控制模块、多路硬件校准模块，通过各自的协议来实现通讯。

1.1.2 系统主要功能

（1）自动批量校准和温度补偿

工控机通过串口连接和压力控制器、高低温箱、多路硬件校准系统连接，实现自动化控制，并且能自动按照设置的程序实现压力传感器校准和温度补偿过程。

（2）型号管理功能

可对各个型号产品的参数进行分类和管理，在生产时只需调用对应型号即可，无需重复设定，可以降低工人在现场的出错概率。

（3）数据存储功能

采用access数据库进行数据存储，输出execl文件格式的报表，可以联网至服务器进行存储。

1.2 系统硬件设计

1.2.1 压力控制模块

压力控制模块主要由进气口、球阀、压力控制器等组成。压力控制器采用了GE德鲁克的PACE5000，和工控机可以通过RS-232实现通讯，可由软件来实现对压力的自动控制。另外考虑到用气量，在压力控制器前会增加储气罐来保证系统的气源充足，同时在管路的必要位置（如进气口、出气口等）安装压力表进行监控，来保证压力的准确性和防差错，具体设计如图2系统气路图所示。

图2 系统气路图

1.2.2 温度控制模块

温度控制模块主要由高低温箱组成，为传感器提供恒定的环境温度。

1.2.3 多路硬件校准模块

多路硬件校准模块将串行变成并行，实现了多个压力传感器同时进行保温和保压，大大降低了生产时间。本次设计能够实现同时对最多256路压力传感器进行温度补偿。多路硬件校准模块结构框图如图3所示。

图3 多路硬件模块结构框图

多路硬件校准模块以8路通道为一个小模块，每个小模块上的8个通道通过RS-485总线进行连接，每个通道对应一个传感器。各个小模块通过RS-485总线进行连接，最后通过RS-485总线连接到工控机，最多可以配置256路系统共32个模块。

1.2.4 主控模块

主控模块由工控机、软件构成。工控机通过RS-232串口向压力控制器、高低温箱和多路硬件校准系统发送相应指令，让它们按照软件设定的过程执行相应的命令，使压力控制器实现精确的压力校准，并根据需要升压、降压及保压。高低温箱提供传感器恒定的环境温度，并根据需要升温、降温及保温。多路硬件校准系统实现传感器和软件之间的双向通讯，通过采集传感器方的数据传输给软件，软件通过计算后，再将其传输至传感器信号调理芯片中。如图4所示为主控模块。

图4 主控模块图

2 系统可靠性评价

合格率及一致性评价试验的主要目的是为验证在批量生产过程中的合格率及一致性。

试验方法：在所有通道都连接上传感器（即256只），每天进行补偿，连续5天，补偿完成后在-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃环境下对产品进行精度测试，最后统计测试数据，确认相关的质量情况。

补偿后测试概况为：每天补偿256只，连续5天，共补偿产品1280只，精度超差8只，即补偿成功为1272只，合格率达到99.4%。另外结合标准差及六西格玛对-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃这 5 个温度点的测试数据进行了统计分析，如表1所示。

从以上数据可以看出，补偿合格率为99.4%，可以满足生产需求。另外从各个温度下的测试数据看，补偿后产品的精度在±3σ范围内最大为-0.96%FS，远远高于要求的±2%FS，表明一致性很好。

表1 一致性评价数据

3 结语

本文研制了一套商用空调压力传感器多路自动校准与温度补偿系统，对软硬件组合、系统补偿过程、系统可靠性进行了研究：

（1）基于信号调理芯片的结构组成及工作原理，设计了商用空调压力传感器自动补偿的工作流程，实现了高效率的系统数字化校准与补偿；

（2）集成工控机、高低温箱、压力控制器、多路硬件校准系统等部件开发系统，内置温度补偿算法和自动校准软件，实现了商用空调压力传感器的批量自动化校准和温度补偿；

（3）对合格率及一致性进行评价，结果表明系统可以满足生产需求。