PTB220气压传感器的设置与校准

曹凯明,王 强,周 枫

(贵州省大气探测技术与保障中心,贵州 贵阳 550002)

PTB220气压传感器的设置与校准

曹凯明,王 强,周 枫

(贵州省大气探测技术与保障中心,贵州 贵阳 550002)

该文介绍 PTB220数字气压传感器的工作原理,通过使用超级终端对气压传感器进行设置和校准,使超差的气压传感器误差控制在允许范围内,为自动气象站气压传感器的维修和校准提供参考。

气压传感器;设置;校正

1 引言

目前,贵州省气象台站的自动气象站和部分多要素区域自动气象站所使用的气压传感器均采用的是VSALA公司生产的 PTB220数字气压传感器。该传感器适用于实验室条件下气压的精确测量,也能适应自然环境下的自动气象站气压测量的要求。但在自动站设备维修和现场校准中,有时会碰到无法连接或数据超差的情况,通过 RSR232串口连接重新设置气压传感器的参数并进行数字量的调整,从而能将有问题的气压传感器修复后,重新投入到台站业务观测中去。

2 工作原理和性能参数

PTB220的工作原理是基于一个先进的震荡电路、微处理器和 3个参考电容组成的数字压力传感器,在进行压力测量的同时也测量空气温度,传感器中的微处理器自动进行压力的线性补偿和温度补偿,当得到压力变化时,硅薄膜弯曲使传感器真空室高度发生变化,导致传感器电容值发生变化,通过转换输出经过线性补偿和温度修正后的压力值。传感器内置过压保护开关,主要技术性能参数如下：

压力范围：500～1 00hPa;

工作温度范围：-40～60℃;

总精度：±0.25hPa;

长期稳定性：±0.10hPa/a;

输出可选：RS232C/TTL、RS485/RS422串行口或RS232C/0-5VDC(4-20mA)

3 设备连接和设置

对 PTB220传感器进行通信参数设置之前必须对其先通讯连接。PTB220气压传感器有一个 RS-232C串行接口,我省七要素自动站气压校准采用RS-232C串行接口。

3.1 连接需用到以下设备和工具：

①一台有 RS232串行口的计算机;

②12V直流稳压电源一台;

③RS232串口通信电缆一根 (连线如图 1所示)

图 1 PTB220串口连接图

3.2 初始设置

3.2.1 运行W INDOWS自带的超级终端或其它串口通信软件,将串口的端口参数按照表 1进行设置,并打开端口。

表 1 PTB220端口的工厂设置

3.2.2 接通气压计电源。超级终端窗口中会显示“PTB220/3.05”之类的信息及“＞”提示符,说明气压计与电脑通信成功。(若先接通气压计电源,后打开超级终端通信端口,则无此显示信息)

3.2.3 在“＞”提示符后键入以下几个命令即可实现气压值的读取;

①r＜cr＞,连续显示当前气压值。

②s＜cr＞,停止气压值显示,并回到“＞”提示符状态。

③Send＜cr＞,显示当前气压值。

4 气压校准

4.1 校准方法

当标准气压仪与 PTB220气压传感器进行比对后,各检定点测量误差的总平均 ＞±0.2hPa时,应根据各检定点的误差大小和方向,选择校正方法。如果在整个测量范围内各压力点上测量误差方向一致而且误差分布均匀的话,可采用单点调整法(基点平移法),调整量根据全量程各压力点误差的总平均值来调整。如果在整个测量范围内各压力点的测量误差具有分段分布现象,应采用两点调整法 (即截距调整和斜率调整法)。如果在全量程范围内各压力点测量误差分布比较离散,应采用多点调整法。

在检定环境下,首先使用 LC和MPC命令进行线性校正和多点校正,以便于重新调整气压,使气压恢复到出厂设置的气压和温度调整系数。LCI命令被用来进行新的线性偏置校正和偏置/增益校正。用户选择单点偏置和两点偏置时,可以使用LCI命令。使用MPCI命令进入新的多点校正,可以对气压传感器进行 1～8个不同气压点的多点校正。

4.2 操作模式

PTB220气压传感器使用MMODE气压表检测模式命令。由 S W4开关保护,通常 S W4处于关闭(OFF)状态,当用户将 S W4打开 (ON)时就可以选择新的MMODE命令,进入新的线性或多点修正,即在给 PTB220气压传感器校正前,要将 S W4开关打开,并在校正完后将 S W4开关关闭。

4.3 校准

选取 1台送检的 PTB220气压传感器进行校准,编号：X1240138。将气压传感器通过 3通与标准气压仪、精调气压源连成一个封闭的测量系统,并通过串口连接计算机进行读取和设置,在标准器和传感器加电预热 30min后,按规程在满量程条件下与标准器进行比较检定。

4.3.2 常压比对 将精调气压源连接阀门打开,使气压标准器与 PTB220气压传感器与外界连通,从超级终端直接输入“r”命令读取 PTB220气压传感器示值,与气压标准器示值相比较,结果如表 2所示。

表 2 常压下传感器与标准器示值比对 (单位：hPa)

由表 2所示误差 +0.38hPa,超过规程规定气压传感器本身的最大允许误差 ±0.2hPa,因此X1240138传感器校准不合格,需要进行校正。

4.3.1 全量程 在气压检定规程的量程下与标准器进行比较校准,示值如表 3所示。

表 3 气压传感器与标准器示值比对 (单位：hPa)

以上结果修正值的平均值为：-0.298hPa,超过规程规定气压传感器本身的最大允许误差 ±0.2hPa,且可看出各压力点的误差值比较分散,应采用多点调整法。

在超级终端数据区输入 mpc on命令,会显示传感器的初始标定值,先用 mpc off忽略掉初始标定值,然后敲入以下命令进行校正：

以上是按规程规定的多点调整法对 X1240138传感器进行了调整,调整后重新与标准器进行比较校准,结果如表 4。

表 4 气压传感器与标准器示值比对 (单位：hPa)

以上结果修正值的平均值为：+0.056hPa,已在允许误差范围内,可以正常使用。

5 结束语

结合 PTB220气压传感器的调整实例,通过使用超级终端对 PTB220气压传感器进行数字量调整的方法,解决了气压超差问题,免去故障设备往返厂家的时间,有效缩短设备返修时间,提高工作效率。同时减少设备的维修费用、降低维修成本、减少对自动站备件的储备,大幅度减少运行成本,也为自动站超差气压传感器的调整提供参考。

B

1003-6598(2010)05-0040-03

2010-04-01

曹凯明 (1979-),男,工程师,主要从事气象装备保障工作 。