基于LabView的压力变送器校验系统的设计

汝涛

【摘要】：目前火电机组检修期间都要组织校验人员对部分压力变送器校验。而其一般校验的过程是人工观察数据和手动记录数据，因此就会人为得产生误差，并且数据采集、处理、与存储的数量少而慢;数据的分析更无从谈起。以虚拟仪表技术为趋势的自动测试系统，在测试领域中有广泛的应用前景。虚拟系统的应用不但大大减轻人员的劳动强度，而且能让数据实时在波形图中显示，还能够对大数据进行采集、处理、存储和分析。为此用以NI为平台的核心软件LabView开发了压力变送器校验平台。该平台在实时性、实用性、精确性、数据采集处理存储分析等方面具有明显的优势。

【关键词】：仪表校验 虚拟仪表技术 大数据 LabView

0引言

随着测量技术也不断发展，数据采集和处理向一体化、实时化、数字化方向发展。LabVIEW集成了与满足各类协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。功能强大且灵活的Labview在存储分析等方面功能具有明显的优势。

基于Labview软件的强大功能，再结合实际生产过程中变送器校验存在许多要改善的地方，故以Labview2014软件开发的压力变送器校验平台为例，展现其现实测量时带来的优势。

1测试平台的系统组成

该系统硬件包括便手动液压源（如便携式手动液压源等），压力变送器，精密压力表，数据采集卡（如NI公司的采集卡等），PC机，Labview软件。

2数据采集系统设计

数据采集卡采用USB通讯方式。使用 NI-VISA 与 USB 设备进行通讯。NI-VISA是NI公司开发的用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。

因为采集到的信号仍有可能夹杂着干扰信号，所以对信号进行滤波是必要的。而Labview提供了各种各样的滤波方式。滤波最终能增加了采集到的信号准确性，减少干扰。

2.1数据采集卡

数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。对压力采集使用模拟量数据采集卡。

计算机通过DAQ设备接收原始数据。DAQ助手（DAQ Assistant）能快速收集实际数据，还控制DAQ系统，命令DAQ设备进行数据采集的具体通道和时间。

2.2通讯程序

通过配置 NI-VISA 来控制 USB 设备，NI-VISA 与 USB 设备进行通讯时，USB 设备的种类应选择为USB 测试与测量类（USBTMC）。

在Labview的VI中，使 USB 设备打开了一个 VISA 对话框，指令被写入设备，所发送的具体指令是询问设备的 ID，询问设备的指令集，并读取回馈信息，所有通讯结束后，关闭VISA 对话框。

2.3数据滤波

对采集到的信号可能带有夹杂的干扰信号，所以设计VI对信号进行滤波。滤波部分选用滤波速度快，对相位没有要求的递归类滤波器（IIR），即3阶Butterworth滤波器。为了测试滤波效果，设计一个带有噪声正弦波的仿真信号，进过3阶Butterworth滤波器滤波前后的波形对比。

程序解释：建立一个for循环，选择一个仿真信号发生器并设置其的频率、振幅、噪声等，该仿真信号发生器就会产生一个虚拟的波形。设置滤波器进行滤波得到滤波后的波形。并在前面板上显示滤波前后的波形。

通过3阶Butterworth滤波器滤波前后的波形对比，我们可以看得出滤波可以得到更好更准确的数据。

3数据处理

首先我们设计的系统前面板具有数据输入，如设定量程，从标准压力变送器读取的标定点等。其次VI具有计算线性方程的系数、均方根误差和显示波形的功能。最后还要能对采集的数据进行保存。

一般压力变送器的静态特性可用（1）所示的线性方程来拟合模拟。

3.1前面板设计

LabVIEW提供了丰富的界面控件供开发者选择，利用这些控件做出让人耳目一新的界面效果。LabVIEW还可在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板。

由于待检验的压力变送器的量程需要输入到VI中进行计算，故前面板需要带输入功能。数据经过VI程序处理后要在波形图中显示供检验人员分析。

从前面板中我们可以清楚的看到被校验的变送器的压力P和电流I的拟合曲线，以及标准表的曲线。从XY趋势图就可以看出被校验压力变送器的线性。

3.2后面板设计

Labview包含大量的函数和模块，对数据处理既方便有快捷。由于需要计算模拟线性函数的系数，通过Labview的中函数和模块设计了下面的子程序VI。

程序说明首先采用While循环分别对数据进行线性和多项式拟合处理，得到最优拟合曲线，并读取其系数。为了判断实验点是否异常和是否具有置信度是，我们要计算残差：实际观察值与估计值（拟合值）之差。残差可以帮助判断所拟合的线性模型是否满足有关假设。当判明有某种假设条件欠缺时，需对假设条件加以校正或补救。根据具体情况，选择合适的校正方案，考虑引入新自变量或考察误差等自相因素。

采用While循环，选取在五个标定点时采集的压力变量，通过计算得到均方根差，While循環结束条件为循环次数大于五次，当采集的没有再次输入时，程序暂停等待下次输入。

4数据存储与分析

我们在校验变送器需要对每一台变送器进行分析，而我们之所以能够重复分析它，是因为我们对数据进行存储并能对数据再次调用和查询。为此要为该系统设计数据存储功能。数据的分析离不开对数据的操作。

根据数据量以及数据的维护方式选择常用的电子表格文件功能函数来保存数据。

如下程序图在for循环中利用利用正弦和余弦函数生产二维数组数据写入电子表格并读取电子表格中的数据来显示。

面对采集到的大量数据，如果校验人员直接对数据进行分析是很麻烦的。Labview对采集到的数据进行滤波筛除，然后根据需要对数据进行波形显示，对大数据进行计算。运行程序可以得到分析人员想要的数据，最终显示在用户面前。

5结语

该系统详细的介绍了压力变送器校验系统设计的过程，从系统结构到数据通信，再到数据处理，最后到数据存储等一系列子程序设计都体现了Labview在虚拟数据采集、处理等方面上的强大功能。特别是后面板的数据处理核心程序让作者第一次了解了Labview强大功能。此次使用LabVIEW 软件所设计的压力变送器校验系统为今后设计其他系统提供了宝贵的经验。同理我们对本平台可以进一步修改可以设计出差压变送器的校验平台;还可以对该系统平台进行进一步的优化。

参考文献

[1]校准——理论与实践/美国Fluke公司著;汪铁华译.——北京.中国计量出版社，2001.1

[2]LabVIEW 编程样式/（美）布鲁姆著，刘章发，依法臻等译.北京：电子工业出版社，2009.6

[3]LabVIEW图形编程/（美）Johnson，G.W，Jennings，R著;武嘉澍，陆劲昆译.——北京：北京大学出版社，2002.1