吳建昌 任根文

摘要：本文提出了一種壓力傳感器自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，由工業(yè)用計(jì)算機(jī)、PCI8602數(shù)據(jù)采集卡、壓力變送器、待檢傳感器組等部分構(gòu)成，檢測(cè)過程中利用數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)充氣、放氣電磁閥實(shí)現(xiàn)檢測(cè)氣道壓力的自動(dòng)控制，利用數(shù)據(jù)采集卡完成待檢傳感器組中所有傳感器檢測(cè)壓力和壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)壓力的讀取，引入批次檢測(cè)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)壓力間的歐式距離作為批次質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)每個(gè)傳感器檢測(cè)的基礎(chǔ)上完成進(jìn)行批次傳感器質(zhì)量分析控制。

Abstract： This paper presents a pressure sensor automatic detection system， which is composed of industrial computer， PCI8602 card， pressure transmitter， sensors to be tested. In the detection process， the data acquisition card is used to drive the charging and venting solenoid valves to realize the automatic control of the detection of airway pressure， and the data acquisition card is used to complete the detection of all sensors in the sensors to be tested for reading the standard pressure of the pressure transmitter， the Euler distance between the batch test results and the standard pressure is introduced as the evaluation standard of batch quality. Based on the detection of each sensor， the batch sensor quality analysis control is completed.

關(guān)鍵詞：壓力傳感器;PCI8602;批次質(zhì)量;歐式距離

Key words： pressure sensor;PCI8602;batch quality;euler distance

0 ?引言

環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為整個(gè)社會(huì)共識(shí)，機(jī)動(dòng)車排放污染是繼工業(yè)污染之后的第二大污染源。從源頭上控制機(jī)動(dòng)車尾氣排放，特別是重型柴油車尾氣排放是節(jié)能減排的一個(gè)重要技術(shù)手段。在重型柴油車尾氣處理單元中，利用壓力傳感器精確監(jiān)控尿素噴射泵，將污染物轉(zhuǎn)換成無害氮?dú)夂退悄壳笆褂玫囊环N較為常見的尾氣處理方案，精度高、性能穩(wěn)定的壓力傳感器是這一單元中核心部件之一。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，主要使用人工對(duì)壓力傳感器的精度和穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，本文運(yùn)用現(xiàn)代測(cè)控手段，通過工業(yè)用計(jì)算機(jī)對(duì)壓力傳感器檢測(cè)過程進(jìn)行控制，對(duì)其輸出結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、分析、處理，減少了人工誤差，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)一種較低成本的對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線自動(dòng)化改造的方案。

1 ?系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由工業(yè)用計(jì)算機(jī)、PCI8602數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)壓力變送器、待檢壓力傳感器組、泄氣閥、進(jìn)氣閥、儲(chǔ)氣罐、真空泵/空壓機(jī)等幾部分構(gòu)成。

標(biāo)準(zhǔn)壓力變送器是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)壓力源，通過將其與待檢壓力傳感器組安裝在同一氣道內(nèi)，在同一被測(cè)環(huán)境下產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)壓力輸出。泄氣閥、進(jìn)氣閥、儲(chǔ)氣罐、真空泵/空壓機(jī)是氣壓控制模塊，真空泵/空壓機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)所需的正負(fù)壓，泄氣閥/進(jìn)氣閥根據(jù)系統(tǒng)指令調(diào)節(jié)氣道內(nèi)氣壓。PCI8602數(shù)據(jù)采集卡是整個(gè)系統(tǒng)輸入輸出模塊，主要完成兩個(gè)功能：①輸出控制信號(hào)給進(jìn)氣閥和泄氣閥，完成氣道內(nèi)氣壓增減控制;②接收待檢壓力傳感器組和標(biāo)準(zhǔn)壓力變送器的電壓信號(hào)，并將數(shù)值傳輸給工業(yè)計(jì)算機(jī)。工業(yè)計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)軟件預(yù)設(shè)的測(cè)試流程，對(duì)氣道內(nèi)氣壓調(diào)節(jié)，獲取待檢壓力傳感器組內(nèi)每個(gè)傳感器的壓力值，將這些壓力值與標(biāo)準(zhǔn)壓力變送器的壓力值進(jìn)行對(duì)比，判斷是否在一定的誤差范圍內(nèi)，從而完成對(duì)所有壓力傳感器的檢測(cè)。同時(shí)，系統(tǒng)軟件記錄待檢壓力傳感器組中每個(gè)壓力傳感器在不同測(cè)試點(diǎn)下壓力的測(cè)試結(jié)果，完成批次質(zhì)量分析。整個(gè)系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

待檢傳感器是一款能檢測(cè)滿足國Ⅴ以上排放尾氣的壓力傳感器，傳感器壓力——電壓輸出的指標(biāo)為：（表1）

壓力傳感器輸出電壓和輸入壓力成線性變化規(guī)律，壓力傳感器的壓力量程為：250KPa+55KPa=305KPa，輸出量程為：4.000V，根據(jù)其精度為±1.5%，對(duì)應(yīng)輸出電壓誤差為：4.000（V）×（±1.5%）=±0.06（V），對(duì)應(yīng)的壓力分辨率為： 305KPa×（±1.5%）=±4.575KPa。

根據(jù)壓力傳感器的特性，本檢測(cè)系統(tǒng)將壓力范圍分成二段，-55.0—0.0KPa，0.0—250.0KPa，其正、負(fù)壓段的檢測(cè)分別由二臺(tái)檢測(cè)設(shè)備來完成，一臺(tái)正壓段檢測(cè)設(shè)備，另一臺(tái)負(fù)壓段檢測(cè)設(shè)備。在正壓段壓力檢測(cè)過程中，首先打開進(jìn)氣電磁閥對(duì)系統(tǒng)氣路進(jìn)行充氣，當(dāng)壓力變送器反饋壓力高于待檢壓力傳感器壓力量程后，關(guān)閉進(jìn)氣電磁閥;然后打開泄氣電磁閥，根據(jù)軟件系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，逐一在壓力變送器反饋壓力在測(cè)量點(diǎn)時(shí)關(guān)閉泄氣電磁閥;接著將待檢壓力傳感器組中每個(gè)壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果與壓力變送器的測(cè)量結(jié)果比對(duì)，判斷傳感器是否符合檢測(cè)要求并將檢測(cè)記錄在軟件系統(tǒng)中;最后，根據(jù)檢測(cè)過程中每個(gè)壓力傳感器檢測(cè)結(jié)果生成質(zhì)量日?qǐng)?bào)和批次質(zhì)量分析報(bào)告。負(fù)壓段測(cè)試過程與正壓段原理相同，僅為真空泵（產(chǎn)生負(fù)壓）和空壓機(jī)（產(chǎn)生正壓）的差異。

3 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)硬件包括接口單元、待檢壓力傳感器組、中央控制單元、氣路控制單元等四個(gè)部分。

3.1 接口單元

接口單元使用阿爾泰公司PCI8602高速數(shù)據(jù)采集卡，該卡基于PCI總線設(shè)計(jì)，使用方便;板載8K FIFO采樣緩沖器，能提供穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)傳輸性能;接口豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。該卡具有32通道AD輸入，轉(zhuǎn)換精度16bit，采樣速率250kS/s，輸入量程±10V、±5V、±2.5V、0—10V、0—5V可選，A/D采樣支持軟件內(nèi)部觸發(fā)和硬件外部觸發(fā);具有8路DO輸出，高電平最低電壓3.8V，低電平最高電壓0.44V，滿足本系統(tǒng)對(duì)多個(gè)A/D輸入及DO輸出的接口需求。

3.2 待檢壓力傳感器組

壓力傳感器組中每個(gè)待檢傳感器用多工位夾具固定，電壓輸出連接到PCI8602采集卡A/D輸入端，連接示意圖如圖2所示。

3.3 氣路控制單元

氣路控制單元主要包括進(jìn)氣電磁閥、泄氣電磁閥、壓力變送器等。進(jìn)氣電磁閥和泄氣電磁閥由PCI8602采集卡DO口控制，DO口輸出開、關(guān)指令給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電磁打開或關(guān)閉電磁閥，實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)充氣、保壓、放氣操作;壓力變送器是系統(tǒng)氣道內(nèi)壓力反饋裝置，連接在系統(tǒng)氣道內(nèi)，輸出電壓連接數(shù)據(jù)采集卡AD接口，輸出電壓范圍0—5V，將氣道內(nèi)的壓力實(shí)時(shí)反饋給檢測(cè)系統(tǒng)。

3.4 中央控制單元

中央控制單元是指裝有檢測(cè)控制軟件的工業(yè)用計(jì)算機(jī)。

4 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

壓力傳感器檢測(cè)系統(tǒng)軟件控制檢測(cè)氣道充氣、保持、泄氣等過程，完成對(duì)傳感器組中所有傳感器壓力值讀取、顯示、存儲(chǔ)、分析，完成對(duì)單個(gè)傳感器質(zhì)量檢測(cè)以及傳感器批次質(zhì)量分析控制，程序主流程圖如圖3所示：

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)理念，具有高內(nèi)聚、低耦合、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。軟件從結(jié)構(gòu)和功能上分成四個(gè)模塊：①人機(jī)交互模塊;②數(shù)據(jù)處理分析模塊;③接口控制模塊;④系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊。

4.1 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊的主要功能是完成壓力實(shí)時(shí)顯示以及檢測(cè)系統(tǒng)的開始、結(jié)束控制。待檢傳感器組中每個(gè)傳感器的測(cè)得電壓可以表示為：

V=（V1，V2，V3，…VN），N是待檢傳感器組中傳感器的數(shù)量。

根據(jù)表1壓力—電壓輸出指標(biāo)的線性變化規(guī)律可以計(jì)算出每個(gè)傳感器的壓力：

P=（P1，P2，P3，…PN）。

壓力變送器測(cè)得電壓為：VStandard，根據(jù)壓力變送器量程可以計(jì)算出壓力變送器的測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)壓力PStandard。向量V中每分量在屏幕上的顯示位置與傳感器在夾具中的物理排列位置相對(duì)應(yīng)，如果該分量與PStandard的差值超出軟件系統(tǒng)設(shè)置中所允許的最大誤差，在屏幕對(duì)應(yīng)位置出現(xiàn)閃動(dòng)提示標(biāo)識(shí)，用戶可以直觀觀察到提示信息。使用腳踏開關(guān)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼠標(biāo)等輸入設(shè)備控制檢測(cè)系統(tǒng)，方便用戶操作，也避免鼠標(biāo)的誤操作。

4.2 數(shù)據(jù)處理分析模塊

數(shù)據(jù)處理分析模塊完成對(duì)壓力傳感器檢測(cè)結(jié)果的記錄、分析工作。待檢傳感器組中每個(gè)傳感器在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的壓力測(cè)量值保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫中。傳感器的精度取決于傳感器的測(cè)得壓力與壓力變送器的標(biāo)準(zhǔn)壓力差，待檢傳感器組的批次質(zhì)量取決于其中每個(gè)傳感器與壓力變送器的標(biāo)準(zhǔn)壓力差，用在N維向量空間中V與N維向量（PStandard，PStandard，PStandard，…PStandard）的歐式距離來度量：

在完成對(duì)批次質(zhì)量分析基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)處理分析模塊還可以按照日期設(shè)置提供質(zhì)量分析報(bào)告。

4.3 接口控制模塊

接口控制模塊通過調(diào)用阿爾泰公司提供的DLL來驅(qū)動(dòng)PCI8602數(shù)據(jù)采集卡，在充氣過程完成后，DO接口輸出打開泄氣閥放氣，根據(jù)AD接口讀取壓力變送器的測(cè)量值，在接近軟件系統(tǒng)預(yù)設(shè)測(cè)試點(diǎn)時(shí)DO接口輸出關(guān)閉泄氣電磁閥，AD接口讀取待檢傳感器在測(cè)量值，重復(fù)這個(gè)放氣、氣體保持、測(cè)量這個(gè)過程直至完成系統(tǒng)預(yù)設(shè)的所有測(cè)量項(xiàng)。

4.4 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊

軟件系統(tǒng)參數(shù)模塊包括檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量、每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的壓力值、每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的壓力偏差范圍。

5 ?結(jié)束語

本檢測(cè)系統(tǒng)使用工業(yè)用計(jì)算作為中央控制單元，系統(tǒng)控制軟件通過PCI8602數(shù)據(jù)采集卡按照系統(tǒng)設(shè)置逐一采集每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上待檢傳感器組中所有傳感器的檢測(cè)壓力與同時(shí)采集到的壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)壓力進(jìn)行比對(duì)，判斷傳感器是否合格。檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)完成數(shù)據(jù)顯示、保存，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)傳感器質(zhì)量的檢測(cè)。本檢測(cè)系統(tǒng)還使用傳感器檢測(cè)結(jié)果與壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)壓力之間的歐式距離作為衡量傳感器批次質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，提出了一個(gè)批次質(zhì)量、任意日期間質(zhì)量分析對(duì)比的方法。本檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造成本低，將傳統(tǒng)的手工檢測(cè)升級(jí)到自動(dòng)檢測(cè)，提高了勞動(dòng)效率，減少了人工誤差，是一種對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)行現(xiàn)代化改造的可行方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐襲，謝志強(qiáng).基于PCI8602的水聲信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（9）：20-22.

[2]張淼，李紀(jì)紅，陳影.基于Multisim的汽車進(jìn)氣壓力傳感器的仿真實(shí)現(xiàn)[J].價(jià)值工程，2018，37（36）：158-160.

[3]林旋琴.計(jì)算機(jī)在推壓力傳感器計(jì)量檢定中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2014，33（15）：223-224.