陳春宇，谷小紅

（浙江二花制冷集團有限公司，浙江 新昌 312500）

0 引言

商用空調(diào)用壓力傳感器一般精度不高（2%～3%以內(nèi)即可）、溫度補償區(qū)域?qū)挘?30℃～120℃），可靠性要求高，成本、系列化、標(biāo)準化、批量化、性價比要求極高，一般與電子膨脹閥搭配使用，主要安裝在壓縮機的進排氣口來檢測系統(tǒng)的排氣壓力和吸氣壓力。本文針對目前商用空調(diào)壓力傳感器的校準、補償和生產(chǎn)效率等方面存在的不足，研制出一套自動化的批量校準系統(tǒng)，從而可以通過軟硬件的設(shè)計，對多個傳感器同時進行補償，獲取對應(yīng)的補償數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在一定的溫度范圍內(nèi)，依次對靈敏度、零點偏移進行修正，通過多方位的計算和修正，獲得相關(guān)的溫度補償系數(shù)，最終將數(shù)據(jù)寫入傳感器的芯片中，能多通道、全自動、高質(zhì)量、快速完成多個壓力傳感器的整個補償過程，對于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品批次一致性有著非常重要的現(xiàn)實意義。

1 商用空調(diào)壓力傳感器批量校準系統(tǒng)整體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

整個系統(tǒng)主要由4個部分組成：主控模塊、壓力控制模塊、溫度控制模塊、多路硬件校準模塊和傳感器。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1.1 系統(tǒng)主要模塊

（1）主控模塊

主控模塊包含工控機、串口擴展卡、軟件，可以通過各自的協(xié)議控制校準溫度和校準壓力，并與多路硬件校準模塊連接，對傳感器實現(xiàn)溫度補償。

（2）壓力控制模塊

壓力控制模塊為傳感器校準時提供精確的壓力，受主控模塊控制來調(diào)整相應(yīng)的壓力值。

圖1 系統(tǒng)框圖

（3）溫度控制模塊

溫度控制模塊為傳感器校準時提供精確的溫度，受主控模塊控制來調(diào)整相應(yīng)的溫度值。

（4）多路硬件校準模塊

硬件校準模塊為多通道，8～256路通道可配置，可以一次性連接多路傳感器，主控模塊需要通過其采集傳感器數(shù)據(jù)以及給傳感器寫入補償數(shù)據(jù)。

主控模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，由其來統(tǒng)一控制壓力控制模塊、溫度控制模塊、多路硬件校準模塊，通過各自的協(xié)議來實現(xiàn)通訊。

1.1.2 系統(tǒng)主要功能

（1）自動批量校準和溫度補償

工控機通過串口連接和壓力控制器、高低溫箱、多路硬件校準系統(tǒng)連接，實現(xiàn)自動化控制，并且能自動按照設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn)壓力傳感器校準和溫度補償過程。

（2）型號管理功能

可對各個型號產(chǎn)品的參數(shù)進行分類和管理，在生產(chǎn)時只需調(diào)用對應(yīng)型號即可，無需重復(fù)設(shè)定，可以降低工人在現(xiàn)場的出錯概率。

（3）數(shù)據(jù)存儲功能

采用access數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，輸出execl文件格式的報表，可以聯(lián)網(wǎng)至服務(wù)器進行存儲。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.2.1 壓力控制模塊

壓力控制模塊主要由進氣口、球閥、壓力控制器等組成。壓力控制器采用了GE德魯克的PACE5000，和工控機可以通過RS-232實現(xiàn)通訊，可由軟件來實現(xiàn)對壓力的自動控制。另外考慮到用氣量，在壓力控制器前會增加儲氣罐來保證系統(tǒng)的氣源充足，同時在管路的必要位置（如進氣口、出氣口等）安裝壓力表進行監(jiān)控，來保證壓力的準確性和防差錯，具體設(shè)計如圖2系統(tǒng)氣路圖所示。

圖2 系統(tǒng)氣路圖

1.2.2 溫度控制模塊

溫度控制模塊主要由高低溫箱組成，為傳感器提供恒定的環(huán)境溫度。

1.2.3 多路硬件校準模塊

多路硬件校準模塊將串行變成并行，實現(xiàn)了多個壓力傳感器同時進行保溫和保壓，大大降低了生產(chǎn)時間。本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)同時對最多256路壓力傳感器進行溫度補償。多路硬件校準模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 多路硬件模塊結(jié)構(gòu)框圖

多路硬件校準模塊以8路通道為一個小模塊，每個小模塊上的8個通道通過RS-485總線進行連接，每個通道對應(yīng)一個傳感器。各個小模塊通過RS-485總線進行連接，最后通過RS-485總線連接到工控機，最多可以配置256路系統(tǒng)共32個模塊。

1.2.4 主控模塊

主控模塊由工控機、軟件構(gòu)成。工控機通過RS-232串口向壓力控制器、高低溫箱和多路硬件校準系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)指令，讓它們按照軟件設(shè)定的過程執(zhí)行相應(yīng)的命令，使壓力控制器實現(xiàn)精確的壓力校準，并根據(jù)需要升壓、降壓及保壓。高低溫箱提供傳感器恒定的環(huán)境溫度，并根據(jù)需要升溫、降溫及保溫。多路硬件校準系統(tǒng)實現(xiàn)傳感器和軟件之間的雙向通訊，通過采集傳感器方的數(shù)據(jù)傳輸給軟件，軟件通過計算后，再將其傳輸至傳感器信號調(diào)理芯片中。如圖4所示為主控模塊。

圖4 主控模塊圖

2 系統(tǒng)可靠性評價

合格率及一致性評價試驗的主要目的是為驗證在批量生產(chǎn)過程中的合格率及一致性。

試驗方法：在所有通道都連接上傳感器（即256只），每天進行補償，連續(xù)5天，補償完成后在-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃環(huán)境下對產(chǎn)品進行精度測試，最后統(tǒng)計測試數(shù)據(jù)，確認相關(guān)的質(zhì)量情況。

補償后測試概況為：每天補償256只，連續(xù)5天，共補償產(chǎn)品1280只，精度超差8只，即補償成功為1272只，合格率達到99.4%。另外結(jié)合標(biāo)準差及六西格瑪對-30℃、0℃、20℃、50℃、80℃、120℃這 5 個溫度點的測試數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，如表1所示。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，補償合格率為99.4%，可以滿足生產(chǎn)需求。另外從各個溫度下的測試數(shù)據(jù)看，補償后產(chǎn)品的精度在±3σ范圍內(nèi)最大為-0.96%FS，遠遠高于要求的±2%FS，表明一致性很好。

表1 一致性評價數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

本文研制了一套商用空調(diào)壓力傳感器多路自動校準與溫度補償系統(tǒng)，對軟硬件組合、系統(tǒng)補償過程、系統(tǒng)可靠性進行了研究：

（1）基于信號調(diào)理芯片的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，設(shè)計了商用空調(diào)壓力傳感器自動補償?shù)墓ぷ髁鞒?，實現(xiàn)了高效率的系統(tǒng)數(shù)字化校準與補償；

（2）集成工控機、高低溫箱、壓力控制器、多路硬件校準系統(tǒng)等部件開發(fā)系統(tǒng)，內(nèi)置溫度補償算法和自動校準軟件，實現(xiàn)了商用空調(diào)壓力傳感器的批量自動化校準和溫度補償；

（3）對合格率及一致性進行評價，結(jié)果表明系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)需求。