航天器环境试验中压力变送器自动校准技术应用与研究

支若　袁明　涂继春　郑紫晖　崔玉奇　樊岩松

摘   要：随着科学技术的发展，环境参数变送器等精密仪器得到了广泛使用。依照国家最高级别航空标准生产的产品，不少单位则瞄准了这个大市场，航天领域是主要目标市场，产品应用面较广，也会将军用、民用市场作为目标市场。文章主要介绍了航天器环境试验中的压力变送器自动校准技术，结合具体的压力变送器自动校准仪器组织和性能等，分析这一技术在航天器环境试验中的积极作用。

关键词：航天器;环境试验;压力变送器;自动校准技术

现阶段，电子数显仪器行业发展迅速，产品大幅增长主要有两个原因：（1）市场的巨大需求，特别是航空航天、军工、重工业等市场的巨大发展，引发了电子数显仪器市场的迅速增长。（2）电子数显仪器行业近几年迅速向数字化、智能化方向发展，取得了较快增长。从近期中国数显行业发展的情况来看，势头喜人，与全国制造业一样，虽然遇到了不少困难，但仍然保持向上发展的态势。其中的自动校准技术，是相关设备仪器适应当前智能制造和生产发展趋势下形成的有效技术之一，对于切实提升整体航天器环境试验压力变送器的應用质量和效益具有显著作用。

1    航天器环境试验中压力变送器应用的作用

在进行航天器的地面环境模拟试验中，需要借助相关的压力变送器来对一些部位和数据信息进行测量，主要包括以下几个方面内容：

进行动力系统压力测试，对于设备的密封性进行检测，针对航天器的充气、气瓶气密性进行检测，进行置换或者增压操作;针对地面辅助设备也需要进行相应的压力测试，针对空调机组进行压力测控，针对洁净压缩空气、氮气、液氧、液氮等制取设备相关的压力实施测量和控制。

在针对相关压力进行测试的过程中，测量的准确性和可靠性要求都比较高，要确保测量有效性，需要应用相关的压力测试仪表计量校准技术，促进整体测量精度和效率。就测量压力参数而言，在工业中多使用压力变送器针对压力进行电流信号的转换和相关模拟量的传输，使用电流信号的主要原因是避免测量校准受环境影响，且考虑到电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中对信号的质量不会有直接影响。就目前压力变送器信号在校准中的应用来看，属于DDE-111系统的，其负载电阻在0～350 kΩ范围内，输出模拟直流电流信号在4～20 mA[1]。相关压力变送器的校准以往都是通过手动完成，在校准中会出现很多的麻烦，容易导致误差。为了提g高校准工作效率以及测量精度，可以开发利用压力变送器的自动校准装置，提升校准精度和效率，避免误差。

2    自动校准装置结构以及运行原理设计

2.1  装置结构设计

设计的压力变送器自动校准装置主要是通过工控计算机系统、供气系统、压力控制器系统、被缴准压力变送器、辅助设施、数据采集系统、运动执行系统等组合，构成完整的自动校准装置。在具体的计算机系统总控中，使用研华工控机，并安装相应的数据测控程序，在相应的供气系统中使用氮气瓶，联合减压阀来实现供气，为自动校准工作提供相应的气体，在相应的压力控制系统中，针对所供的气体根据标准值来实施输出，为系统自动校准提供相应的压力源。自动校准系统中的数据采集模块借助计算机以及仪器设备的通信接口使用，根据相关数据测控程序来设定相应的压力变送器校准值，数据采集系统运用单片机和ADC芯片，配合多种传感器，能够采集、处理、显示几乎所有生产过程的环境和产品参数[2]。利用外部存储芯片，能够记录、采集运算过程中的所有数据。可通过不同的驱动器和接口，实现不同显示平台的图形显示。通过可控硅、运算放大器和PID控制环节，可以实现大部分生产线的生产过程控制。综上所述，相应的功能系统可利用自身强大的功能实现生产线的自动化、智能化。在自动校准装置中，计算机系统可以根据具体的接口通信，针对变送器相应的显示数据来进行收集和保存，开展校准证书的有效处理。在最终的执行系统中，将相应的压力值传送到被检定的变送器中，真正实现自动校准目标。

2.2  自动校准原理

自动校准装置的设计按照压力变送器的具体测量范围以及进度情况，可以选择相应的校准点，保证相应的校准点可以按照量程来均匀排列，需要涵盖上限值以及下限值，一般会多于5个点[3-4]。对于测量进度要求在高于0.1级以及0.05级的压力变送器中，选择的校准点则需要大于9个。

按照输入压力以及压力变送器上下限值的调整，保证其和理论的上下限值保持一致，完成对于相应压力变送器的零点以及满量程校准。

在进行校准之前，需要在相应的计算机虚拟仪器测控软件中进行设备的相关数据导入，这是实施自动校准的准备阶段工作。基于计算机自动控制作用，控制器从测量下限起就可以开始自动间隔加压，在压力达到相应设定值的情况保持相应的数值能够稳定2 s以上。此时，压力变送器能够对于计算机进行相应的信息反馈，借助虚拟仪器测控软件，能够对被校准的压力变送器传输的电流值进行检测和读取，在完成相关数据的保存后，计算机可以针对压力控制器来发布指令，实施下一阶段的校准测试，在最终的压力测量达到上限的情况下，软件会自动逐点进行减压，返回原来的测量位置，最终回到零点位置，完成一个自动校准的过程。

完成自动校准后，软件还会针对数据进行分析，最终获得相应的校准数据结果，将校准结果打印出来，形成校准证书，就能够作为航天器对应的压力变送器的具体校准证书了。

3    虚拟仪器测控软件设计要点

在进行整个自动校准装置的设计中，需要用到虚拟仪器测控软件，这是计算机实现控制操作的重要软件基础，采取LabView软件[5]，其是一种编程语言，具有图形化的特点，在目前的图形化软件中应用比较广泛，整体功能也比较完善，在很多工业领域、实验研究以及学术领域都有不同程度的应用。这一软件能够实现数据采集和精准的仪器控制目标，该软件系统中包含的数据采集卡硬件驱动以及相关地铁通信协议功能都得以实现[6]，还包含了相关的库函数，使用该软件开发平台进行编程，具有良好的使用效果，就其具体功能结构来看，主要包含多个模块，即压力标准装置控制模块、信息模块、数据处理模块、生成模块等，不同模块完成不同的任务，构成一个强大的软件测控系统。

4    自动校准成效

根据设计的压力变送器自动校准装置的实践应用，在相应的航天器地面模拟试验中，使用这一自动校准装置，最终检测的精度示值误差值可以控制在合理范围内，符合检定要求，相应的回程误差也符合检定规定[7]，表明这一自动校准装置在航天器环境试验中应用，能够满足要求，具有一定的应用可行性。为了验证压力变送器自动校准装置的有效性，尝试通过大量试验来进行验证，得出整体压力变送器的自动校准都能够达到要求的结论。

5    结语

根据航天器环境试验中压力变送器的自动校准需要，设计了相应的自动校准装置，产品严格按照航天级工业标准生产制作，生产过程以中国航天最高标准严格要求，产品具有使用范围广、仪表精度高、可靠性高等优点，适用于航天航空、军工企业以及广大生产制造企业，与市面上的同类产品相比，精度更高＼质量更可靠。该自动校准装置的设计是利用计算机和虚拟仪器测控软件对压力变送器的压力控制器以及相应的数据进行采集和处理，能够有效实现压力变送器的自动校准，提升整体的校准数据精度和有效性。在试验中发现，使用该自动校准装置后，能够有效减少校准所耗费的时间，校准效率显著提升。在大量试验中发现，自动校准装置整体的运行稳定性比较好，符合相关的校准检定要求，装置整体运营有效。

[参考文献]

[1]秦亭亭，马力，洪扁，等.基于LabVIEW的压力变送器自动校准系统的研制[J].仪器仪表用户，2019（9）：1-3.

[2]周恒，祝志良，黄兵.动态直接比较法在校准绝对压力变送器中的应用[J].工业计量，2019（2）：19-22.

[3]蒋静，沈文杰，田昀.一体化温度变送器现场自动校准装置[J].上海计量测试，2016（1）：2-4.

[4]宋瑞海，张书锋，王欢，等.航天器地面模拟试验中压力变送器自动校准技术[J].航天器环境工程，2013（1）：112-114.

[5]宋瑞海，张书锋，王欢，等.航天器环境试验中压力变送器自动校准技术研究[J].计测技术，2012（S1）：42-44.

[6]李项华，董红斌，韩飞.提高检定/校准能力 为西气东输工程提供计量支撑—陕西省计量院服务西气东输工程12年纪实[J].中国计量，2017（3）：10-12.

[7]徐春花，祁力平.常用压力变送器的工作原理及其校准结果的不确定度评定[J].内蒙古科技与經济，2013（20）：110-111，113.

Abstract：With the development of science and technology， the precision instruments such as environmental parameter transmitter have been widely used. In line with the products produced at the highest level of the countrys aviation standards， a number of units have targeted the big market， and the space sector is the main target market， the product has a wide application range， and the product is also used by general and civil market as the target market. In this paper， the automatic calibration technique of pressure transmitter in spacecraft environment test is introduced， and the organization and performance of the instrument are automatically calibrated with the specific pressure transmitter， and the active role of this technique in the environmental test of the spacecraft is analyzed.

Key words：spacecraft; environmental test; pressure transmitter; automatic calibration technique