智能化标准压力源的研制

　　引言

　　在压力计量领域,尽管标准压力源器已取得了较大发展,但仍然局限于活塞式机械结构和手工操作,而且鉴于其构造原理上的缺陷,这种标准器只能输出离散的标准压力值,在使用上也存在两个弱点:一是手工操作,造成检定效率低;二是标准压力点不连续,给某些检定工作带来困难。利用压力传感器研制的数字压力计(表)已被使用,但它只能作为压力仪表而不能作为压力源直接输出标准压力,国外虽出现了在活塞式压力计基础上研制的自动加码造压装置,但仍不能从根本上克服传统标准器的缺陷。为提高压力计量水平,当前迫切需要研制自动化程度高的智能型压力标准源。为此我中心开发研制了适用于液压的综合型智能化多功能标准压力源。

　　1　研制智能化标准压力源的可行性

　　1.1　研制智能化标准压力源的技术难题

　　一是如何有效地提高压力传感器的性价比。标准压力源的准确度一般不能低于0.05%F.S,作为提供压力标准信号的重要器件——压力传感器,其准确度和工作的稳定性必须合乎要求。压力传感器有三项关键的技术指标:不重复性、迟滞和非线性,就目前各种压力传感器的性能,因其线性难于控制,因此其综合指标满足要求的很少。国外的价格昂贵,购置费用高;国内的要经过精心筛选,挑选测试的成本也高。

　　二是如何在保证精度的基础上满足压力控制的平稳性。就液压而言,在匀速造压的条件下,压力p与时间t的关系曲线如图1所示。从图上可以看出,在一定的造压时间内,p并不是按比例增加的,即压力变化率Kp不是定值。而按压力表检定规程的要求,造压过程必须平稳,要避免对压力表造成冲击和回程,其压力变化率Kp和压力p随时间t变化的理想控制曲线如图2和图3所示。但要达到这种控制效果,必须采取适当的控制手段,这在压力反馈控制电路设计和调试上又是一大难点。

　　1.2　解决技术难题的手段

　　首先是提高压力传感器性价比的方法。根据建立的数学模型,施行软件自校准,对包括压力传感器在内的整个信号放大和控制系统进行非线性修正(参见图4),这就可以大大降低压力传感器的购置成本,而且在周期检定时,不用调整硬件电路,使压力传感器性价比得到提高。

　　自校准中,压力传感器特性曲线的分段修正方法如下。参见图4,将曲线分割成OA,AB,BC,……等段,各点坐标分别为:O(0,0),A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),……,拟合直线方程为y=kix+bi(i=1,2,3,…n),其中ki和bi可由方程组

　　求出并保存。造压时,软件利用ki和bi对压力进行适时修正,以保证压力值的准确度。