PTB系列气压传感器误差调整方法研究

王 旭，张 崇，赵丹阳，张昊喆，王雪松

(1.吉林省气象探测保障中心，长春 130062；2.陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻长春地区第一军事代表室，长春 130022)

0 引言

目前，吉林省自动气象站的气压要素采集广泛使用的是VAISALA开发的PTB220型和PTB330型传感器[1，2]。随着使用时间的增加，PTB系列的气压传感器受自然损耗影响，会引起数字量的漂移，造成超差问题[3，4]。近年来，在计量检定过程中发现，超差问题是造成PTB系列传感器不合格的主要原因，且不合格数量呈逐年增加的趋势。PTB系列气压传感器价格较为昂贵，因此研究出一套PTB系列气压传感器误差调整方法，延长气压传感器的使用寿命，降低采购经费是十分必要的。

超差问题也得到了国内学者的高度重视。孟宪罗等对PTB220型气压传感器的误差进行了调试方法设计，但尚未对误差计算进行深入分析；黄清治等对PTB330型气压传感器超差调试进行了研究，但样本选取过少。

综上，文章提出基于串口通信方式对PTB系列气压传感器数字量进行调差的方法，以保证气压数据采集的准确性和可靠性。

1 工作原理

在新型自动气象站中，PTB系列气压传感器采用数字量进行传输。因此文章以数字量信号进行超差调整方法研究。

1.1 串口通信连接方法

将PTB系列气压传感器通过RS-232串口连接到PC串口上，连接示意图如图1所示。引脚7，9为传感器12 V供电，连接直流稳压电源。引脚2，3，5为数字信号通信端，连接PC串口。

图1 RS-232串口通信电路连接示意图

1.2 调试助手设置

运行PC的串口调试软件，选择与传感器相连的串口号以完成端口设置[5]。常用的端口参数如表1所示。操作中需要注意气压传感器数据处于非自动采集模式。

表1 端口参数设置

2 调试方法

PTB220型和PTB330型气压传感器的通信指令存在区别。文章以多点调试为例，经过多次试验，分别总结出调试步骤。

2.1 PTB220型传感器

对使用PTB220型传感器的气压传感器进行误差校正之前，需要运行“mpc”命令以显示气压传感器初始修正值设定；再打开气压传感器盒盖，将DIP写入，开关SW4上拨到“on”的位置，便可以在超级终端区输入命令进行控制；若想对该气压传感器进行进一步修正，则需要将该气压传感器的原始修正值恢复为无修正，即修正值为0的状态，该状态可以运行“mpc off”关闭传感器多点的修正值，使传感器的原始修正值恢复为0；随后运行“mpci”指令，显示“reading?”，输入此次校准示值点的修正值，键入“mpc on”激活当前输入修正值。操作完成后，关闭写入开关，键入“reset”命令进行效果验证[6]。

2.2 PTB330型传感器

对使用PTB330传感器的气压传感器进行误差校正之前，需要打开气压传感器顶盖，按下位于变送器主板上的ADJ按钮，红色LED指示灯亮代表当前的调整模式可用。运行“mpcp1 ？”命令可以显示气压传感器初始修正值设定；如果想对PTB330重新调整，应先禁用多点和线性调整功能，需要在超级终端区依次键入“mpcp1 off”“lcp1 off”命令，再运行“mpcp1”命令输入多点校正的修正值，然后运行“mpcp1 on”命令激活修正值；最后关闭ADJ按钮，输入“reset”命令进行效果验证。

3 误差计算

利用现有超差的PTB系列气压传感器进行反复调试，总结误差计算公式如下：

1)PTB220型误差计算公式

(1)

2)PTB330型误差计算公式

(2)

4 实验分析

首先，利用现有3MS系统，自动完成气压传感器的计量检定；然后选取调试完成的PTB220型和PTB330型气压传感器各4台，连接到系统中以验证调试方法及误差计算公式的准确性；最终得到调试前后的误差对比。

根据误差统计结果可以得出，两种传感器调整的数字量误差均不超过0.3 hPa，满足JJG(气象)001-2015《自动气象站气压传感器检定规程》的要求。

5 结束语

文章基于串口通信方式对PTB系列气压传感器数字量进行调差，很好地解决了PTB系列气压传感器超差问题。通过实验证明，调差后的PTB系列气压传感器经3MS检定系统检定合格率达100%。该方法对延长PTB系列气压传感器的使用寿命起到了积极作用，同时对基层气象保障能力的提升有重要意义。但是调差过程是手动完成的，调差的自动化程度有待进一步提高。