航天器環(huán)境試驗(yàn)中壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用

摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,環(huán)境參數(shù)變送器等儀器得到了廣泛使用。依照國(guó)家高級(jí)別航空標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品,不單位則瞄準(zhǔn)了這個(gè)大市場(chǎng),航天領(lǐng)域是主要目標(biāo)市場(chǎng),產(chǎn)品應(yīng)用面較廣，也會(huì)將軍用、民用市場(chǎng)作為目標(biāo)市場(chǎng)。文章主要介紹了航天器環(huán)境試驗(yàn)中的壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù),結(jié)合具體的壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)儀器組織和性能等,分析這一技術(shù)在航天器環(huán)境試驗(yàn)中的積極作用。
現(xiàn)階段,電子數(shù)顯儀器行業(yè)發(fā)展迅速,產(chǎn)品大幅增長(zhǎng)主要有兩個(gè)原因:
(1)市場(chǎng)的巨大需求,特別是航空航天、工、重工業(yè)等市場(chǎng)的巨大發(fā)展,引發(fā)了電子數(shù)顯儀器市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)。
(2)電子數(shù)顯儀器行業(yè)近幾年迅速向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，取得了較快增長(zhǎng)。從近期中國(guó)數(shù)顯行業(yè)發(fā)展的情況來(lái)看,勢(shì)頭喜人，與全國(guó)制造業(yè)-樣,雖然遇到了不少困難，但仍然保持向上發(fā)展的態(tài)勢(shì)。其中的自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù),是相關(guān)設(shè)備儀器適應(yīng)當(dāng)前智能制造和生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)下形成的有效技術(shù)之--,對(duì)于切實(shí)提升整體航天器環(huán)境試驗(yàn)壓力變送器的應(yīng)用質(zhì)量和效益具有顯著作用。
1航天器環(huán)境試驗(yàn)中壓力變送器應(yīng)用的作用
     在進(jìn)行航天器的地面環(huán)境模擬試驗(yàn)中,需要借助相關(guān)的壓力變送器來(lái)對(duì)一些部位和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量,主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容:
進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)壓力測(cè)試，對(duì)于設(shè)備的密封性進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)航天器的充氣、氣瓶氣密性進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行置換或者增壓操作;針對(duì)地面輔助設(shè)備也需要進(jìn)行相應(yīng)的壓力測(cè)試,針對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行壓力測(cè)控,針對(duì)潔凈壓縮空氣、氮?dú)?、液氧、液氮等制取設(shè)備相關(guān)的壓力實(shí)施測(cè)量和控制。
      在針對(duì)相關(guān)壓力進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中,測(cè)量的正確性和可靠性要求都比較高,要確保測(cè)量有效性,需要應(yīng)用相關(guān)的壓力測(cè)試儀表計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù),促進(jìn)整體測(cè)量精度和效率。就測(cè)量壓力參數(shù)而言,在工業(yè)中多使用壓力變送器針對(duì)壓力進(jìn)行電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換和相關(guān)模擬量的傳輸,使用電流信號(hào)的主要原因是避免測(cè)量校準(zhǔn)受環(huán)境影響,考慮到電流源內(nèi)阻無(wú)窮大,導(dǎo)線(xiàn)電阻串聯(lián)在回路中對(duì)信號(hào)的質(zhì)量不會(huì)有直接影響。就目前壓力變送器信號(hào)在校準(zhǔn)中的應(yīng)用來(lái)看,屬于DDE111系統(tǒng)的,其負(fù)載電阻在0~350kΩ范圍內(nèi),輸出模擬直流電流信號(hào)在4~20mA。相關(guān)壓力變送器的校準(zhǔn)以往都是通過(guò)手動(dòng)完成,在校準(zhǔn)中會(huì)出現(xiàn)很多的麻煩，容易導(dǎo)致誤差。為了提g高校準(zhǔn)工作效率以及測(cè)量精度,可以開(kāi)發(fā)利用壓力變送器的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置,提升校準(zhǔn)精度和效率,避免誤差。
2自動(dòng)校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理設(shè)計(jì)
2.1裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
      設(shè)計(jì)的壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)裝置主要是通過(guò)工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、壓力控制器系統(tǒng)被繳準(zhǔn)壓力變送器、輔助設(shè)施、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)等組合,構(gòu)成完整的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。在具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總控中,使用研華工控機(jī),并安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)控程序,在相應(yīng)的供氣系統(tǒng).中使用氮?dú)馄浚?lián)合減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)供氣,為自動(dòng)校準(zhǔn)工作提.供相應(yīng)的氣體,在相應(yīng)的壓力控制系統(tǒng)中,針對(duì)所供的氣體根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)實(shí)施輸出，為系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)提供相應(yīng)的壓力源。自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊借助計(jì)算機(jī)以及儀器.設(shè)備的通信接口使用，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)控程序來(lái)設(shè)定相應(yīng)的壓力變送器校準(zhǔn)值,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)和ADC芯片,配合多種傳感器，能夠采集、處理、顯示幾乎所有生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境和產(chǎn)品參數(shù)叫。利用外部存儲(chǔ)芯片,能夠記錄、采集運(yùn)算過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)。可通過(guò)不同的驅(qū)動(dòng)器和接口,實(shí)現(xiàn)不同顯示平臺(tái)的圖形顯示。通過(guò)可控硅、運(yùn)算放大器和PID控制環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)大部分生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程控制。綜上所述,相應(yīng)的功能系統(tǒng)可利用自身強(qiáng)大的功能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化、智能化。在自動(dòng)校準(zhǔn)裝置中,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)具體的接口通信,針對(duì)變送器相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行收集和保存,開(kāi)展校準(zhǔn)證書(shū)的有效處理。在最終的執(zhí)行系統(tǒng)中，將相應(yīng)的壓力值傳送到被檢定的變送器中,真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)目標(biāo)。
2.2自動(dòng)校準(zhǔn)原理
      自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)按照壓力變送器的具體測(cè)量范圍以及進(jìn)度情況,可以選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn),保證相應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn)可以按照量程來(lái)均勻排列,需要涵蓋上限值以及下限值,一般會(huì)多于5個(gè)點(diǎn)B4。對(duì)于測(cè)量進(jìn)度要求在高于0.1級(jí)以及0.05級(jí)的壓力變送器中，選擇的校準(zhǔn)點(diǎn)則需要大于9個(gè)。
      按照輸入壓力以及壓力變送器上下限值的調(diào)整,保證其和理論的上下限值保持--致,完成對(duì)于相應(yīng)壓力變送器的零點(diǎn)以及滿(mǎn)量程校準(zhǔn)。
在進(jìn)行校準(zhǔn)之前,需要在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)虛擬儀器測(cè)控軟件中進(jìn)行設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，這是實(shí)施自動(dòng)校準(zhǔn)的準(zhǔn)備階段工作?；谟?jì)算機(jī)自動(dòng)控制作用,控制器從測(cè)量下限起就可以開(kāi)始自動(dòng)間隔加壓，在壓力達(dá)到相應(yīng)設(shè)定值的情況保持相應(yīng)的數(shù)值能夠穩(wěn)定2s以上。此時(shí),壓力變送器能夠?qū)τ谟?jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的信息反饋，借助虛擬儀器測(cè)控軟件,能夠?qū)Ρ恍?zhǔn)的壓力變送器傳輸?shù)碾娏髦颠M(jìn)行檢測(cè)和讀取，在完成相關(guān)數(shù)據(jù)的保存后,計(jì)算機(jī)可以針對(duì)壓力控制器來(lái)發(fā)布指令,實(shí)施下一階段的校準(zhǔn)測(cè)試，在最終的壓力測(cè)量達(dá)到上限的情況下，軟件會(huì)自動(dòng)逐點(diǎn)進(jìn)行減壓,返回原來(lái)的測(cè)量位置,最終回到零點(diǎn)位置,完成一個(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)的過(guò)程。
      完成自動(dòng)校準(zhǔn)后,軟件還會(huì)針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最終獲得相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)果,將校準(zhǔn)結(jié)果打印出來(lái),形成校準(zhǔn)證書(shū)，就能夠作為航天器對(duì)應(yīng)的壓力變送器的具體校準(zhǔn)證書(shū)了。
3虛擬儀器測(cè)控軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
      在進(jìn)行整個(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)中,需要用到虛擬儀器測(cè)控軟件,這是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制操作的重要軟件基礎(chǔ),采取LabView軟件5),其是-種編程語(yǔ)言,具有圖形化的特點(diǎn)，在目前的圖形化軟件中應(yīng)用比較廣泛,整體功能也比較完善，在很多工業(yè)領(lǐng)域、實(shí)驗(yàn)研究以及學(xué)術(shù)領(lǐng)域都有不同程度的應(yīng)用。這-軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和正確的儀器控制目標(biāo)，該軟件系統(tǒng)中包含的數(shù)據(jù)采集卡硬件驅(qū)動(dòng)以及相關(guān)地鐵通信協(xié)議功能都得以實(shí)現(xiàn)'6,還包含了相關(guān)的庫(kù)函數(shù)，使用該軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行編程，具有良好的使用效果,就其具體功能結(jié)構(gòu)來(lái)看,主要包含多個(gè)模塊,即壓.力標(biāo)準(zhǔn)裝置控制模塊、信息模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、生成模塊等,不同模塊完成不同的任務(wù),構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)大的軟件測(cè)控系統(tǒng)。
4自動(dòng)校準(zhǔn)成效
      根據(jù)設(shè)計(jì)的壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的實(shí)踐應(yīng)用,在相.應(yīng)的航天器地面模擬試驗(yàn)中,使用這一自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，最終檢測(cè)的精度示值誤差值可以控制在合理范圍內(nèi),符合檢定要求,相應(yīng)的回程誤差也符合檢定規(guī)定"”,表明這一自動(dòng)校準(zhǔn)裝置在航天器環(huán)境試驗(yàn)中應(yīng)用，能夠滿(mǎn)足要求,具有一定的應(yīng)用可行性。為了驗(yàn)證壓力變送器自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的有效性，嘗試通過(guò)大量試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,得出整體壓力變送器的自動(dòng)校準(zhǔn)都能夠達(dá)到要求的結(jié)論。
5結(jié)語(yǔ)
      根據(jù)航天器環(huán)境試驗(yàn)中壓力變送器的自動(dòng)校準(zhǔn)需要,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置,產(chǎn)品嚴(yán)格按照航天級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制作,生產(chǎn)過(guò)程以中國(guó)航天最高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求,產(chǎn)品具有使用范圍廣、儀表精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),適用于航天航空、軍工企業(yè)以及廣大生產(chǎn)制造企業(yè)，與市面上的同類(lèi)產(chǎn)品相比，精度更高質(zhì)量更可靠。該自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)和虛擬儀器測(cè)控軟件對(duì)壓力變送器的壓力控制器以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理,能夠有效實(shí)現(xiàn)壓力變送器的自動(dòng)校準(zhǔn)，提升整體的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)精度和有效性。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),使用該自動(dòng)校準(zhǔn)裝置后，能夠有效減少校準(zhǔn)所耗費(fèi)的時(shí)間,校準(zhǔn)效率顯著提升。在大量試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)校準(zhǔn)裝置整體的運(yùn)行穩(wěn)定性比較好,符合相關(guān)的校準(zhǔn)檢定要求,裝置整體運(yùn)營(yíng)有效。