曹凱明,王 強(qiáng),周 楓

(貴州省大氣探測(cè)技術(shù)與保障中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

PTB220氣壓傳感器的設(shè)置與校準(zhǔn)

曹凱明,王 強(qiáng),周 楓

(貴州省大氣探測(cè)技術(shù)與保障中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

該文介紹 PTB220數(shù)字氣壓傳感器的工作原理,通過(guò)使用超級(jí)終端對(duì)氣壓傳感器進(jìn)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(dòng)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(tái)站的自動(dòng)氣象站和部分多要素區(qū)域自動(dòng)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(shí)驗(yàn)室條件下氣壓的精確測(cè)量,也能適應(yīng)自然環(huán)境下的自動(dòng)氣象站氣壓測(cè)量的要求。但在自動(dòng)站設(shè)備維修和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)中,有時(shí)會(huì)碰到無(wú)法連接或數(shù)據(jù)超差的情況,通過(guò) RSR232串口連接重新設(shè)置氣壓傳感器的參數(shù)并進(jìn)行數(shù)字量的調(diào)整,從而能將有問(wèn)題的氣壓傳感器修復(fù)后,重新投入到臺(tái)站業(yè)務(wù)觀測(cè)中去。

2 工作原理和性能參數(shù)

PTB220的工作原理是基于一個(gè)先進(jìn)的震蕩電路、微處理器和 3個(gè)參考電容組成的數(shù)字壓力傳感器,在進(jìn)行壓力測(cè)量的同時(shí)也測(cè)量空氣溫度,傳感器中的微處理器自動(dòng)進(jìn)行壓力的線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償,當(dāng)?shù)玫綁毫ψ兓瘯r(shí),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(guò)轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償和溫度修正后的壓力值。傳感器內(nèi)置過(guò)壓保護(hù)開(kāi)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(zhǎng)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(duì) PTB220傳感器進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置之前必須對(duì)其先通訊連接。PTB220氣壓傳感器有一個(gè) RS-232C串行接口,我省七要素自動(dòng)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(tái)有 RS232串行口的計(jì)算機(jī);

②12V直流穩(wěn)壓電源一臺(tái);

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(yùn)行W INDOWS自帶的超級(jí)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(jìn)行設(shè)置,并打開(kāi)端口。

表 1 PTB220端口的工廠設(shè)置

3.2.2 接通氣壓計(jì)電源。超級(jí)終端窗口中會(huì)顯示“PTB220/3.05”之類(lèi)的信息及“＞”提示符,說(shuō)明氣壓計(jì)與電腦通信成功。(若先接通氣壓計(jì)電源,后打開(kāi)超級(jí)終端通信端口,則無(wú)此顯示信息)

3.2.3 在“＞”提示符后鍵入以下幾個(gè)命令即可實(shí)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(jìn)行比對(duì)后,各檢定點(diǎn)測(cè)量誤差的總平均 ＞±0.2hPa時(shí),應(yīng)根據(jù)各檢定點(diǎn)的誤差大小和方向,選擇校正方法。如果在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)各壓力點(diǎn)上測(cè)量誤差方向一致而且誤差分布均勻的話,可采用單點(diǎn)調(diào)整法(基點(diǎn)平移法),調(diào)整量根據(jù)全量程各壓力點(diǎn)誤差的總平均值來(lái)調(diào)整。如果在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)各壓力點(diǎn)的測(cè)量誤差具有分段分布現(xiàn)象,應(yīng)采用兩點(diǎn)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(diǎn)測(cè)量誤差分布比較離散,應(yīng)采用多點(diǎn)調(diào)整法。

在檢定環(huán)境下,首先使用 LC和MPC命令進(jìn)行線性校正和多點(diǎn)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(lái)進(jìn)行新的線性偏置校正和偏置/增益校正。用戶選擇單點(diǎn)偏置和兩點(diǎn)偏置時(shí),可以使用LCI命令。使用MPCI命令進(jìn)入新的多點(diǎn)校正,可以對(duì)氣壓傳感器進(jìn)行 1～8個(gè)不同氣壓點(diǎn)的多點(diǎn)校正。

4.2 操作模式

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

4.3 校準(zhǔn)

選取 1臺(tái)送檢的 PTB220氣壓傳感器進(jìn)行校準(zhǔn),編號(hào)：X1240138。將氣壓傳感器通過(guò) 3通與標(biāo)準(zhǔn)氣壓儀、精調(diào)氣壓源連成一個(gè)封閉的測(cè)量系統(tǒng),并通過(guò)串口連接計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jìn)行比較檢定。

4.3.2 常壓比對(duì) 將精調(diào)氣壓源連接閥門(mén)打開(kāi),使氣壓標(biāo)準(zhǔn)器與 PTB220氣壓傳感器與外界連通,從超級(jí)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(duì) (單位：hPa)

由表 2所示誤差 +0.38hPa,超過(guò)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(jìn)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(jìn)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(duì) (單位：hPa)

以上結(jié)果修正值的平均值為：-0.298hPa,超過(guò)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(diǎn)的誤差值比較分散,應(yīng)采用多點(diǎn)調(diào)整法。

在超級(jí)終端數(shù)據(jù)區(qū)輸入 mpc on命令,會(huì)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(jìn)行校正：

以上是按規(guī)程規(guī)定的多點(diǎn)調(diào)整法對(duì) X1240138傳感器進(jìn)行了調(diào)整,調(diào)整后重新與標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)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(duì) (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(yǔ)

結(jié)合 PTB220氣壓傳感器的調(diào)整實(shí)例,通過(guò)使用超級(jí)終端對(duì) PTB220氣壓傳感器進(jìn)行數(shù)字量調(diào)整的方法,解決了氣壓超差問(wèn)題,免去故障設(shè)備往返廠家的時(shí)間,有效縮短設(shè)備返修時(shí)間,提高工作效率。同時(shí)減少設(shè)備的維修費(fèi)用、降低維修成本、減少對(duì)自動(dòng)站備件的儲(chǔ)備,大幅度減少運(yùn)行成本,也為自動(dòng)站超差氣壓傳感器的調(diào)整提供參考。

B

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 。