曹凱明,王 強,周 楓

(貴州省大氣探測技術(shù)與保障中心,貴州 貴陽 550002)

PTB220氣壓傳感器的設(shè)置與校準(zhǔn)

曹凱明,王 強,周 楓

(貴州省大氣探測技術(shù)與保障中心,貴州 貴陽 550002)

該文介紹 PTB220數(shù)字氣壓傳感器的工作原理,通過使用超級終端對氣壓傳感器進行設(shè)置和校準(zhǔn),使超差的氣壓傳感器誤差控制在允許范圍內(nèi),為自動氣象站氣壓傳感器的維修和校準(zhǔn)提供參考。

氣壓傳感器;設(shè)置;校正

1 引言

目前,貴州省氣象臺站的自動氣象站和部分多要素區(qū)域自動氣象站所使用的氣壓傳感器均采用的是VSALA公司生產(chǎn)的 PTB220數(shù)字氣壓傳感器。該傳感器適用于實驗室條件下氣壓的精確測量,也能適應(yīng)自然環(huán)境下的自動氣象站氣壓測量的要求。但在自動站設(shè)備維修和現(xiàn)場校準(zhǔn)中,有時會碰到無法連接或數(shù)據(jù)超差的情況,通過 RSR232串口連接重新設(shè)置氣壓傳感器的參數(shù)并進行數(shù)字量的調(diào)整,從而能將有問題的氣壓傳感器修復(fù)后,重新投入到臺站業(yè)務(wù)觀測中去。

2 工作原理和性能參數(shù)

PTB220的工作原理是基于一個先進的震蕩電路、微處理器和 3個參考電容組成的數(shù)字壓力傳感器,在進行壓力測量的同時也測量空氣溫度,傳感器中的微處理器自動進行壓力的線性補償和溫度補償,當(dāng)?shù)玫綁毫ψ兓瘯r,硅薄膜彎曲使傳感器真空室高度發(fā)生變化,導(dǎo)致傳感器電容值發(fā)生變化,通過轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)過線性補償和溫度修正后的壓力值。傳感器內(nèi)置過壓保護開關(guān),主要技術(shù)性能參數(shù)如下：

壓力范圍：500～1 00hPa;

工作溫度范圍：-40～60℃;

總精度：±0.25hPa;

長期穩(wěn)定性：±0.10hPa/a;

輸出可選：RS232C/TTL、RS485/RS422串行口或RS232C/0-5VDC(4-20mA)

3 設(shè)備連接和設(shè)置

對 PTB220傳感器進行通信參數(shù)設(shè)置之前必須對其先通訊連接。PTB220氣壓傳感器有一個 RS-232C串行接口,我省七要素自動站氣壓校準(zhǔn)采用RS-232C串行接口。

3.1 連接需用到以下設(shè)備和工具：

①一臺有 RS232串行口的計算機;

②12V直流穩(wěn)壓電源一臺;

③RS232串口通信電纜一根 (連線如圖 1所示)

圖 1 PTB220串口連接圖

3.2 初始設(shè)置

3.2.1 運行W INDOWS自帶的超級終端或其它串口通信軟件,將串口的端口參數(shù)按照表 1進行設(shè)置,并打開端口。

表 1 PTB220端口的工廠設(shè)置

3.2.2 接通氣壓計電源。超級終端窗口中會顯示“PTB220/3.05”之類的信息及“＞”提示符,說明氣壓計與電腦通信成功。(若先接通氣壓計電源,后打開超級終端通信端口,則無此顯示信息)

3.2.3 在“＞”提示符后鍵入以下幾個命令即可實現(xiàn)氣壓值的讀取;

①r＜cr＞,連續(xù)顯示當(dāng)前氣壓值。

②s＜cr＞,停止氣壓值顯示,并回到“＞”提示符狀態(tài)。

③Send＜cr＞,顯示當(dāng)前氣壓值。

4 氣壓校準(zhǔn)

4.1 校準(zhǔn)方法

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣壓儀與 PTB220氣壓傳感器進行比對后,各檢定點測量誤差的總平均 ＞±0.2hPa時,應(yīng)根據(jù)各檢定點的誤差大小和方向,選擇校正方法。如果在整個測量范圍內(nèi)各壓力點上測量誤差方向一致而且誤差分布均勻的話,可采用單點調(diào)整法(基點平移法),調(diào)整量根據(jù)全量程各壓力點誤差的總平均值來調(diào)整。如果在整個測量范圍內(nèi)各壓力點的測量誤差具有分段分布現(xiàn)象,應(yīng)采用兩點調(diào)整法 (即截距調(diào)整和斜率調(diào)整法)。如果在全量程范圍內(nèi)各壓力點測量誤差分布比較離散,應(yīng)采用多點調(diào)整法。

在檢定環(huán)境下,首先使用 LC和MPC命令進行線性校正和多點校正,以便于重新調(diào)整氣壓,使氣壓恢復(fù)到出廠設(shè)置的氣壓和溫度調(diào)整系數(shù)。LCI命令被用來進行新的線性偏置校正和偏置/增益校正。用戶選擇單點偏置和兩點偏置時,可以使用LCI命令。使用MPCI命令進入新的多點校正,可以對氣壓傳感器進行 1～8個不同氣壓點的多點校正。

4.2 操作模式

PTB220氣壓傳感器使用MMODE氣壓表檢測模式命令。由 S W4開關(guān)保護,通常 S W4處于關(guān)閉(OFF)狀態(tài),當(dāng)用戶將 S W4打開 (ON)時就可以選擇新的MMODE命令,進入新的線性或多點修正,即在給 PTB220氣壓傳感器校正前,要將 S W4開關(guān)打開,并在校正完后將 S W4開關(guān)關(guān)閉。

4.3 校準(zhǔn)

選取 1臺送檢的 PTB220氣壓傳感器進行校準(zhǔn),編號：X1240138。將氣壓傳感器通過 3通與標(biāo)準(zhǔn)氣壓儀、精調(diào)氣壓源連成一個封閉的測量系統(tǒng),并通過串口連接計算機進行讀取和設(shè)置,在標(biāo)準(zhǔn)器和傳感器加電預(yù)熱 30min后,按規(guī)程在滿量程條件下與標(biāo)準(zhǔn)器進行比較檢定。

4.3.2 常壓比對 將精調(diào)氣壓源連接閥門打開,使氣壓標(biāo)準(zhǔn)器與 PTB220氣壓傳感器與外界連通,從超級終端直接輸入“r”命令讀取 PTB220氣壓傳感器示值,與氣壓標(biāo)準(zhǔn)器示值相比較,結(jié)果如表 2所示。

表 2 常壓下傳感器與標(biāo)準(zhǔn)器示值比對 (單位：hPa)

由表 2所示誤差 +0.38hPa,超過規(guī)程規(guī)定氣壓傳感器本身的最大允許誤差 ±0.2hPa,因此X1240138傳感器校準(zhǔn)不合格,需要進行校正。

4.3.1 全量程 在氣壓檢定規(guī)程的量程下與標(biāo)準(zhǔn)器進行比較校準(zhǔn),示值如表 3所示。

表 3 氣壓傳感器與標(biāo)準(zhǔn)器示值比對 (單位：hPa)

以上結(jié)果修正值的平均值為：-0.298hPa,超過規(guī)程規(guī)定氣壓傳感器本身的最大允許誤差 ±0.2hPa,且可看出各壓力點的誤差值比較分散,應(yīng)采用多點調(diào)整法。

在超級終端數(shù)據(jù)區(qū)輸入 mpc on命令,會顯示傳感器的初始標(biāo)定值,先用 mpc off忽略掉初始標(biāo)定值,然后敲入以下命令進行校正：

以上是按規(guī)程規(guī)定的多點調(diào)整法對 X1240138傳感器進行了調(diào)整,調(diào)整后重新與標(biāo)準(zhǔn)器進行比較校準(zhǔn),結(jié)果如表 4。

表 4 氣壓傳感器與標(biāo)準(zhǔn)器示值比對 (單位：hPa)

以上結(jié)果修正值的平均值為：+0.056hPa,已在允許誤差范圍內(nèi),可以正常使用。

5 結(jié)束語

結(jié)合 PTB220氣壓傳感器的調(diào)整實例,通過使用超級終端對 PTB220氣壓傳感器進行數(shù)字量調(diào)整的方法,解決了氣壓超差問題,免去故障設(shè)備往返廠家的時間,有效縮短設(shè)備返修時間,提高工作效率。同時減少設(shè)備的維修費用、降低維修成本、減少對自動站備件的儲備,大幅度減少運行成本,也為自動站超差氣壓傳感器的調(diào)整提供參考。

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1003-6598(2010)05-0040-03

2010-04-01

曹凱明 (1979-),男,工程師,主要從事氣象裝備保障工作 。