常見(jiàn)問(wèn)答

壓力變送器校準(zhǔn)用調(diào)試軟件的研究與應(yīng)用

壓力變送器可以測(cè)量流速

、壓力

、液位等工業(yè)測(cè)量對(duì)象

，其采用的壓力傳感器種類(lèi)各不相同

，包括壓阻型

、電容型和微諧振器型

，所有這些傳感器類(lèi)型都使用硅單晶的薄膜作為壓力接收元件

。智能壓力變送器集成了多個(gè)傳感器

，同時(shí)測(cè)量差壓值

、靜壓值和溫度值

。壓力變送器可以采用電池供電或環(huán)路電源DC24V 供電，變送器對(duì)外接口包括：4mA ～ 20mA

、HART

、RS-485/RS-422/RS-232、PROFIBUS

、Modbus 和foundation 等

。

一、系統(tǒng)原理和典型架構(gòu)

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來(lái)看

，工業(yè)壓力變送器系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要同時(shí)兼顧產(chǎn)品硬件和調(diào)試軟件的功能

，必須考慮諸多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)要求，包括精度

、零漂移

、溫度和靜態(tài)壓力補(bǔ)償。

1）考慮溫度和靜態(tài)壓力信號(hào)對(duì)差壓值的特性補(bǔ)償

。

2）可檢測(cè)出壓力傳感器老化或任何異常問(wèn)題

。

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3）壓力變送器產(chǎn)品的最大量程可高達(dá)200:1，上限甚至可達(dá)15,000 psi

。

4）測(cè)量精度最高可以達(dá)到滿(mǎn)量程范圍的0.04%

，通常需要16 位至24 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

5）與不同現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的連接

，例如HART

、PROFIBUS、Modbus

、foundation

、RS-485/RS-422/RS-232、無(wú)線(xiàn)HART 等

。

6）傳感器

、調(diào)理電路

、系統(tǒng)電源、通信和I/O 之間可能需要隔離

；隔離等級(jí)從1 kV ～ 2.5 kV

。

7）采用電池和環(huán)路供電的差分壓力變送器需要精心選擇的超低功耗元件，例如MCU

、AMP

、ADC 和基準(zhǔn)電壓源。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度環(huán)境非常復(fù)雜

，甚至異常惡劣

。為了能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)工作，低溫漂移系數(shù)和低功耗對(duì)差分壓力變送器非常重要

。公司提供完美的產(chǎn)品組合

，包括精密放大器

、精密基準(zhǔn)電壓源

、精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器和低功耗Cortex-M3 內(nèi)核微處理器等。除此之外

，低功耗系統(tǒng)中的抗電磁干擾能力( 如電涌

、EFT 和ESD 等) 也是壓力變送器面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

此外

，壓力變送器內(nèi)部的空間有限

，要求高系統(tǒng)密度，因而必須減小器件尺寸

。近來(lái)

，集成技術(shù)的進(jìn)步使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠采用尺寸更小、功耗更低

、成本更低的解決方案

，而其性能與那些大型系統(tǒng)不相上下。持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步要求既能不斷促進(jìn)這些解決方案集成

，同時(shí)還提高其性能和診斷能力

。

二、上位機(jī)軟件

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2.1 功能分析

ADI 公司官網(wǎng)針對(duì)壓力變送器提供了“Smart PressureTransmitter.exe”軟件

，軟件的主菜單包括：文件

、編輯、操作

、工具

、窗口和幫助幾個(gè)部分。當(dāng)上位機(jī)軟件連接硬件變送器以后

，可操作的界面有主窗口

、數(shù)據(jù)采集

、數(shù)據(jù)數(shù)組、計(jì)算各溫度下曲線(xiàn)系數(shù)

、各系數(shù)曲線(xiàn)生成和曲線(xiàn)應(yīng)用區(qū)域設(shè)定幾大部分

。從功能來(lái)看主要是用來(lái)設(shè)置所連接壓力變送器的量程參數(shù)、壓力傳感器ADC 與壓力值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

、傳感器溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)

、輸出4mA ～ 20mA 的PWM 標(biāo)定校準(zhǔn)幾大部分，其中最為復(fù)雜的是壓力傳感器的溫度補(bǔ)償系數(shù)修正和針對(duì)差壓傳感器的靜壓補(bǔ)償系數(shù)修正兩部分

。

2.2 壓力標(biāo)定

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壓力變送器接通DC24 直流電源

、串口線(xiàn)正確連接以后，打開(kāi)“Smart Pressure Transmitter.exe”軟件

，默認(rèn)顯示主窗口選項(xiàng)卡

。選擇對(duì)應(yīng)的COM 串口號(hào)，默認(rèn)的通訊設(shè)置為9600-8-n-1

，為了方便軟件與下位機(jī)的串口數(shù)據(jù)流調(diào)試

，分別設(shè)置了串口輸入緩存區(qū)（Edit）、字符串接收（Memo控件）和字符串發(fā)送區(qū)（Edit）文本框

。軟件還可以遠(yuǎn)程重啟目標(biāo)板和讀寫(xiě)壓力變送器的版本號(hào)

。數(shù)據(jù)采集頁(yè)面可以設(shè)置調(diào)試模式，實(shí)時(shí)讀取標(biāo)定壓力變送器的溫度值℃

，壓力源標(biāo)準(zhǔn)值和對(duì)應(yīng)壓力變送器實(shí)時(shí)的ADC 值

。最多可以設(shè)置4 個(gè)標(biāo)定溫度點(diǎn)和針對(duì)某個(gè)溫度點(diǎn)下的5 個(gè)壓力標(biāo)定點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇需要標(biāo)定的溫度點(diǎn)個(gè)數(shù)（1 ～ 4）

，標(biāo)定時(shí)依次在特定溫度下施加標(biāo)準(zhǔn)壓力值點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的Read 按鈕

，待需要標(biāo)定點(diǎn)填寫(xiě)完全后點(diǎn)擊writeEE 按鈕將數(shù)組數(shù)據(jù)寫(xiě)入下位機(jī)變送器硬件中，而當(dāng)上位機(jī)軟件需要讀取壓力變送器中的標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)

，只需要點(diǎn)擊ReadEE 按鈕

。而數(shù)據(jù)數(shù)組界面中是將上述保存的16 進(jìn)制HEX 數(shù)組轉(zhuǎn)換為10 進(jìn)制的數(shù)組便于標(biāo)定人員讀取判斷。

2.3 溫度補(bǔ)償

壓力變送器的標(biāo)定操作方法已經(jīng)比較成熟

，目前壓力變送器所使用的傳感器有多種

。如果壓力變送器用在常溫環(huán)境中，設(shè)備的計(jì)量性能普遍可以滿(mǎn)足精度要求

，但是一旦設(shè)備用在溫差較大的工況環(huán)境下

，如北方低溫或新疆地區(qū)的高溫差環(huán)境，就會(huì)出現(xiàn)明顯的零點(diǎn)漂移

，計(jì)量準(zhǔn)確度下降甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離預(yù)期壓力值

。為了解決上述難題，目前多采用線(xiàn)性插值法、雙線(xiàn)性插值法

、最小二乘法來(lái)解決壓力傳感器的溫度補(bǔ)償難題

，計(jì)算各溫度下曲線(xiàn)系數(shù)界面相當(dāng)于把1 ～ 4 個(gè)溫度點(diǎn)下的5 個(gè)壓力標(biāo)定ADC 值分別創(chuàng)建多組補(bǔ)償系數(shù)函數(shù)多項(xiàng)式關(guān)系，底層函數(shù)再將多組多項(xiàng)式的系數(shù)用最小二乘法進(jìn)行二次擬合處理

，得到針對(duì)這個(gè)壓力傳感器的特征公式

。各系數(shù)曲線(xiàn)生成界面顯示的是各組壓力傳感器ADC 值與標(biāo)定溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償處理后的壓力傳感器

，其在任何溫度工況下（前提標(biāo)的溫度范圍已覆蓋）

，壓力變送器的計(jì)量特效都滿(mǎn)足精度要求，其所呈現(xiàn)出來(lái)的輸出特性與室溫標(biāo)的輸出特性并無(wú)明顯變化

，甚至一致

。

2.4 輸出標(biāo)定

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