金一鳴，朱海東

（上海市金山區(qū)計量質(zhì)量檢測所，上海 201508）

0 引言

在工業(yè)應(yīng)用中需要使用大量的壓力測量儀表，考慮到壓力傳感器的線性度及對測量精度的要求，需要對出差壓力顯示儀表或者壓力變送器進(jìn)行出廠校準(zhǔn)和現(xiàn)場周期校準(zhǔn)。目前校準(zhǔn)的方式主要有3 種：儀表自帶表頭設(shè)置校準(zhǔn)、上位機軟件校準(zhǔn)和手持設(shè)備校準(zhǔn)。基于第3 種手持設(shè)備校準(zhǔn)的思路設(shè)計出一套便于生產(chǎn)和現(xiàn)場校準(zhǔn)用的多點壓力校準(zhǔn)裝置，校準(zhǔn)裝置主要包括四大功能：時間設(shè)置、校準(zhǔn)操作、裝置設(shè)置和產(chǎn)品測試。控制器自身為12864 點陣液晶顯示，前面板按鍵操作，后面板端子接線[1]。

1 寄存器及參數(shù)表

校準(zhǔn)裝置的主控制器采用Modbus-RTU 中的03 命令與變送器板進(jìn)行通信，寄存器變量范圍%R40001 ～%R40032，控制器功能類型為Mobus-Master，變送板的功能類型為Modbus-Slave，兩個設(shè)備之間采用RS485 通信，配置參數(shù)為9600-8-n-1[2]。具體的寄存器（數(shù)據(jù)類型為16 位整型）對應(yīng)關(guān)系如下：

圖1 多點壓力校準(zhǔn)裝置功能菜單Fig.1 Multi-point pressure calibration device function menu

寄存器R1 第1 點壓力P

寄存器R2 第1 點壓力ADC

寄存器R3 第2 點壓力P

寄存器R4 第2 點壓力ADC

寄存器R5 第3 點壓力P

寄存器R6 第3 點壓力ADC

寄存器R7 第4 點壓力P

寄存器R8 第4 點壓力ADC

寄存器R9 第5 點壓力P

寄存器R10 第5 點壓力ADC

寄存器R11 第6 點壓力P

寄存器R12 第6 點壓力ADC

寄存器R13 第7 點壓力P

寄存器R14 第7 點壓力ADC

寄存器R15 第8 點壓力P

寄存器R16 第8 點壓力ADC

寄存器R17 第9 點壓力P

寄存器R18 第9 點壓力ADC

寄存器R19 量程上限20mA

寄存器R20 量程下限4mA

寄存器R21 刻度下限（小于時都輸出4mA）

寄存器R22 輸出4mA 時標(biāo)準(zhǔn)表mA 值

寄存器R23 輸出20mA 時標(biāo)準(zhǔn)表mA 值

寄存器R24 輸出類型（0-正常，1-4mA，2-20mA）

寄存器R25 變送板實時ADC 值

寄存器R26 變送板實時壓力P 值

寄存器R27 變送板理論電流mA 值

校準(zhǔn)裝置的變量表與壓力變送板的變量表一一對應(yīng)，每間隔1s 時間循環(huán)采集變送板的變量值進(jìn)行顯示，同時當(dāng)校準(zhǔn)裝置的變量參數(shù)發(fā)生變化時，及時將最新數(shù)值寫入變送板并保存至flash 以免掉電丟失。同時校準(zhǔn)裝置由于自身具備mA 采集功能，可以作為標(biāo)準(zhǔn)mA 表來測試變送板的輸出功能，達(dá)到產(chǎn)品全流程測試的效果[3]。

2 功能菜單

圖2 多點壓力校準(zhǔn)裝置前面板Fig.2 Multi-point pressure calibration device front panel

圖3 時間設(shè)置菜單板Fig.3 Time setting menu bar

校準(zhǔn)裝置的交互過程主要由12864 點陣液晶和功能按鍵來實現(xiàn)，如圖2 所示。液晶四周有4 個功能按鍵分別對應(yīng)Key 值為34、35、36、37，如檢測到當(dāng)前鍵值為34 時，代表用戶按左上按鍵。此外，還有ESC 和ENTER 鍵分別控制菜單及參數(shù)的選擇和退出。上下左右方向鍵方便用戶的設(shè)置參數(shù)的選取操作，0 ～9 共10 個按鍵便于用戶的參數(shù)輸入。裝置上電之后自動顯示默認(rèn)主界面并在后臺實時進(jìn)行邏輯控制[4]。

2.1 時間設(shè)置

校準(zhǔn)裝置為了方便操作人員做原始記錄，在控制器主頁做了北京時間顯示。用戶首次設(shè)置一次日期和時間后，就可以一直應(yīng)用。應(yīng)用Internal registers 內(nèi)部寄存器%SR047對應(yīng)日期年月日，應(yīng)用Internal registers 內(nèi)部寄存器%SR044對應(yīng)北京時間。

2.2 校準(zhǔn)操作

變送板的壓力校準(zhǔn)操作主要包括：量程設(shè)置，輸出電流（4mA 和20mA）校準(zhǔn)和壓力（流量）多點校準(zhǔn)。量程設(shè)置主要包括20mA 量程上限的參數(shù)設(shè)置，4mA 量程下限的參數(shù)設(shè)置，以及刻度下限的參數(shù)設(shè)置，需要注意的是當(dāng)變送板實時測量值低于刻度下限值時，變送板輸出的理論電流值為4mA。

電流校準(zhǔn)操作包括4mA 和20mA 兩點的校準(zhǔn)，進(jìn)入電流輸出校準(zhǔn)菜單以后，變送板自動輸出固定4mA 值，由于變送板電流環(huán)已經(jīng)與校準(zhǔn)裝置串聯(lián)，按下功能按鈕“標(biāo)定”鍵，就可以將標(biāo)準(zhǔn)表的mA 值寫入變送板對應(yīng)的參數(shù)表中。同理，20mA 的校準(zhǔn)方法和4mA 的校準(zhǔn)操作一樣[5]。

圖4 量程設(shè)置菜單Fig.4 Range setting menu

圖5 輸出電流校準(zhǔn)菜單Fig.5 Output current calibration menu

圖6 多點壓力（流量）校準(zhǔn)菜單Fig.6 Multi-point pressure (flow) calibration menu

圖7 校準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)電流校準(zhǔn)Fig.7 Calibration device standard current calibration

圖8 產(chǎn)品測試菜單Fig.8 Product test menu

圖9 參數(shù)預(yù)覽菜單Fig.9 Parameter preview menu

壓力多點校準(zhǔn)是校準(zhǔn)裝置的核心功能，變送板默認(rèn)支持9 個校準(zhǔn)點操作，用戶可以根據(jù)實際需求靈活的設(shè)置校準(zhǔn)點數(shù)。如壓力傳感器線性度較好且要求精度不高的場合只需要校準(zhǔn)兩點（量程下限點和量程上限點）就能滿足現(xiàn)場需求。如果做標(biāo)準(zhǔn)壓力表或被測裝置呈現(xiàn)出非線性特征，此時就需要進(jìn)行多點的校準(zhǔn)操作，如5 個點、7 個點、甚至9 個點。以第1 個校準(zhǔn)點為例，首先將變送板與壓力（流量）傳感器正確連接，同時給壓力傳感器施加標(biāo)準(zhǔn)源（壓力或流量），待液晶上采集電阻ADC 數(shù)值穩(wěn)定后，點擊標(biāo)定按鈕就可以把采集電阻ADC 保存至變送板的對應(yīng)參數(shù)表中，再進(jìn)行第2 個校準(zhǔn)點的操作，方法與第1 個校準(zhǔn)點類似，需要注意的是如果變送板的校準(zhǔn)點不都參與校準(zhǔn)運算，剩余校準(zhǔn)點的壓力（流量）值需要置0 處理，以方便變送板的查表運算。

2.3 裝置設(shè)置

校準(zhǔn)裝置自身帶有4mA ～20mA 的電流采集功能，可以作為一個標(biāo)準(zhǔn)的電流表來使用，因為這個功能不用經(jīng)常修改。因此，需要用戶輸入密碼后進(jìn)入菜單，同樣校準(zhǔn)4mA 和20mA 兩個電流點。校準(zhǔn)4mA 時，輸入標(biāo)準(zhǔn)4mA的電流值記錄下4mA-ADC，同理校準(zhǔn)20mA 時，輸入標(biāo)準(zhǔn)20mA 的電流值記錄下20mA-ADC。由于變送板自身的電流環(huán)輸出或者采用DAC 或者采用PWM 輸出，去除上下限的非線性區(qū)，進(jìn)行零點電流校準(zhǔn)就能滿足整個量程的精度要求[6,7]。

2.4 產(chǎn)品測試

對一個壓力設(shè)備的校準(zhǔn)固然重要，但是校準(zhǔn)之后的結(jié)果驗證也是必不可少的。為了方便檢查壓力變送板的校準(zhǔn)情況，設(shè)置了產(chǎn)品測試和參數(shù)查看兩個菜單頁面，在產(chǎn)品測試頁顯示時，用戶可以在整個壓力量程內(nèi)給儀表施加壓力源并觀察變送板輸出的mA 情況，為了方便用戶檢查，菜單除了顯示實時測量值，還顯示理論電流值和測量電流值，這樣更加直觀便于用戶判斷校準(zhǔn)情況。

此外，參數(shù)查看頁可以一次性列出所有的寄存器（參數(shù)表）的當(dāng)前數(shù)值。如果用戶在預(yù)覽過程中發(fā)現(xiàn)某一個或者幾個點的參數(shù)不正確，可以重新進(jìn)入校準(zhǔn)菜單進(jìn)行針對性校準(zhǔn)。如果用戶針對變送器要進(jìn)行批量校準(zhǔn)，可以將寄存器表（參數(shù)表）變量范圍%R40001 ～%R40032，填寫當(dāng)前批次傳感器的經(jīng)驗校準(zhǔn)值，因為同一批次的傳感器及電子元件具有相似性，可以滿足一定精度范圍內(nèi)的產(chǎn)品要求，實現(xiàn)批量化。

3 結(jié)論

本文闡述了多點壓力校準(zhǔn)裝置的硬件結(jié)構(gòu)、寄存器參數(shù)表、時間設(shè)置、多點壓力校準(zhǔn)操作、裝置標(biāo)準(zhǔn)電流表設(shè)置和產(chǎn)品測試的整個研發(fā)過程。比較了3 種常見的壓力儀表的校準(zhǔn)方法，介紹了校準(zhǔn)裝置與變送板的通信方式、輸出電流校準(zhǔn)、多點壓力校準(zhǔn)的操作方法、裝置內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電流表校準(zhǔn)以及對校準(zhǔn)后成品的測試過程。經(jīng)測試，多點壓力校準(zhǔn)裝置可以穩(wěn)定，高效地實現(xiàn)壓力變送板的校準(zhǔn)操作，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。