一種簡(jiǎn)單實(shí)用的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

毛玉蘋 李賀鵬

（北京航空制造工程研究所，北京100024）

一種簡(jiǎn)單實(shí)用的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

毛玉蘋 李賀鵬

（北京航空制造工程研究所，北京100024）

介紹基于數(shù)據(jù)采集器建立的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，從系統(tǒng)的組成、測(cè)量點(diǎn)的分布、軟件操作和數(shù)據(jù)采集、以及利用Excel快速計(jì)算溫度特性參數(shù)幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的說明，為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量提供了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的解決辦法。

數(shù)據(jù)采集器；環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；溫度偏差；溫度波動(dòng)度；溫度平坦度

0 引言

目前，在航空科研生產(chǎn)過程中，大量的使用著高低溫試驗(yàn)箱、干燥箱、熱壓罐、烘箱、熱處理爐、真空爐、烘箱、熱成形設(shè)備等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，這些設(shè)備的溫度偏差、溫度均勻性、溫度波動(dòng)度等技術(shù)指標(biāo)，直接影響著航空產(chǎn)品在熱加工過程中的性能和質(zhì)量，如果這些設(shè)備出現(xiàn)問題，將會(huì)因?yàn)闇囟瓤刂瞥鲆?guī)定要求而導(dǎo)致航空制件不合格，甚至造成批報(bào)廢。因此，對(duì)用于航空產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備必須進(jìn)行溫度參數(shù)的校準(zhǔn)和生產(chǎn)過程中的監(jiān)視和測(cè)量。本文為大家介紹對(duì)這些設(shè)備參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)量方法。

由于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備一般都在工作現(xiàn)場(chǎng)，多數(shù)都采用自動(dòng)測(cè)量方法。目前，一般用于測(cè)量環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的測(cè)量系統(tǒng)是由四線制鉑電阻傳感器若干、一臺(tái)高精度數(shù)字電壓表（5位半或6位半）、一臺(tái)多路掃描開關(guān)和筆記本電腦及自編的溫度測(cè)量軟件組成。盡管可以把除鉑電阻外的其它儀器組裝在一個(gè)大箱子里，拉到工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，但仍顯得格外笨重和不便。

經(jīng)過多次試驗(yàn)后，我們自己建立了一套環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)除四線制鉑電阻傳感器若干外，硬件只需要一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器（本文以Fluke Hydra2635A為例）和筆記本電腦，用最少的儀器、最低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量，最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的不便。其中，數(shù)據(jù)采集器代替了數(shù)字電壓表和多路掃描開關(guān)，數(shù)據(jù)采集器配套的軟件可通過設(shè)置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖的繪制，不必再另外編制自動(dòng)測(cè)量軟件，然后將導(dǎo)出的采集數(shù)據(jù)拷入我們預(yù)先設(shè)定好的計(jì)算公式的Excel工作表相應(yīng)位置，溫度偏差、溫度波動(dòng)度、溫度平坦度等均可自動(dòng)計(jì)算出來，并打印出符合規(guī)范要求的測(cè)量記錄。

1 溫度測(cè)量點(diǎn)的布放

進(jìn)行測(cè)量前，先選擇測(cè)量溫度點(diǎn)（本文以100℃點(diǎn)為例），確定測(cè)量點(diǎn)的位置，在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備工作室內(nèi)布放上、中、下三個(gè)測(cè)量面，當(dāng)設(shè)備容積小于2m3時(shí)，溫度測(cè)試點(diǎn)為9個(gè)，當(dāng)設(shè)備容積大于2m3時(shí)，溫度測(cè)試點(diǎn)為15個(gè)（本文以9個(gè)測(cè)試點(diǎn)為例），布點(diǎn)示意圖如圖1所示。將鉑電阻傳感器感溫端布放在工作室相應(yīng)的位置上，測(cè)量端分別接到數(shù)據(jù)采集器的輸入端（本文接到通道2至通道10上）。

圖1 布點(diǎn)示意圖

將數(shù)據(jù)采集器配套的Logger記錄軟件和Trend Link趨勢(shì)繪圖軟件安裝到計(jì)算機(jī)上，數(shù)據(jù)采集器后面的RS232C接口與計(jì)算機(jī)的RS232C用Null Modem通訊電纜連接起來，將數(shù)據(jù)采集器的波特率設(shè)定到9600，為數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入軟件控制模式做好準(zhǔn)備。

2 數(shù)據(jù)采集器的設(shè)置方法及數(shù)據(jù)輸出方法

數(shù)據(jù)采集軟件安裝完成后，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集圖標(biāo)，使軟件正常運(yùn)行，進(jìn)入到數(shù)據(jù)采集默認(rèn)初始狀態(tài)，點(diǎn)擊設(shè)置菜單中編輯Hydra2635A的設(shè)置，測(cè)量速度設(shè)為慢速（高分辨力），掃描間隔選為120s，點(diǎn)擊通道按鈕，改變需使用通道的工作方式，選中2～10通道為使用通道，點(diǎn)擊功能按鈕將2～10通道設(shè)置為RTD－4W模式，點(diǎn)擊OK。

回到Hydr2635A的設(shè)置界面，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)文件按鈕，選擇“使能數(shù)據(jù)文件記錄方式”，文件格式選擇Trend Link，點(diǎn)擊批選擇按鈕，選擇周期間隔為30min，選擇按指定時(shí)間開始第一個(gè)周期，該時(shí)間依據(jù)設(shè)備升溫及穩(wěn)定時(shí)間確定，本應(yīng)用說明中我們選擇30min，見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)采集器記錄參數(shù)設(shè)置

點(diǎn)擊選擇數(shù)據(jù)文件按鈕，選擇數(shù)據(jù)文件保存的路徑及文件名。為使用方便，請(qǐng)將路徑設(shè)置至桌面，我們?cè)O(shè)定文件名稱為001.set，見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)采集器記錄文件設(shè)置

保存后回到Hydra的設(shè)置界面，點(diǎn)擊?啟動(dòng)Hydra按鈕，數(shù)據(jù)采集器開始正常工作，見圖4。

點(diǎn)擊繪圖／趨勢(shì)按鈕，選擇顯示Trend Link，進(jìn)入Trend Link for fluke趨勢(shì)繪圖軟件。通過該繪圖軟件，我們可以觀測(cè)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度變化曲線。Trend Link繪圖軟件默認(rèn)初始狀態(tài)為4路曲線顯示，我們可以添加其他路的顯示曲線，具體操作如下：

選擇Edit菜單下Add Curve按鈕，在Data Set中雙擊上面設(shè)置的數(shù)據(jù)文件名001.set，在Tags欄中選擇要添加的路數(shù)，這里選擇0106－0110，然后點(diǎn)擊OK，開始繪圖。

當(dāng)Hydra采集狀態(tài)欄中的回收掃描數(shù)達(dá)到15次時(shí)，按■（停止Hydra）掃描按鈕，點(diǎn)擊趨勢(shì)繪圖界面中的Batch mode（批處理）按鈕，此時(shí)界面顯示為周期間隔30min的趨勢(shì)圖。點(diǎn)擊時(shí)間軸中間的時(shí)間間隔編輯框，設(shè)置為30min。實(shí)時(shí)曲線如圖5。

然后，我們把趨勢(shì)圖中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel形式，在趨勢(shì)繪圖顯示界面上點(diǎn)擊Utilities菜單，選擇Export CSV Data，在Directories欄中選擇轉(zhuǎn)換文件的存儲(chǔ)位置，我們選擇c：＼001，為方便數(shù)據(jù)導(dǎo)出及計(jì)算，在Export File Type中選擇Column Heading Format（*.CSV）格式，點(diǎn)擊OK數(shù)據(jù)便保存到c：＼001。

3 利用Excel實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算

在C盤根目錄下打開001.CSV文件，將9個(gè)測(cè)試點(diǎn)的15次采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)格式和位置與規(guī)范中測(cè)量記錄格式相同）拷貝至“環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量記錄”Excel表中陰影部分所示位置，見表1。利用Excel中的數(shù)據(jù)計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。

其中的公式設(shè)定為：最大“＝MAX（D3：L3）”，最小“＝MIN（D3：L3）”，拖動(dòng)十字柄向下到第15次測(cè)量處，得到每次測(cè)量的最高溫度點(diǎn)和最低溫度點(diǎn)。溫度均勻度公式設(shè)定為：

圖4 數(shù)據(jù)采集器Logger記錄軟件主控制界面

圖5 數(shù)據(jù)采集器軟件記錄的通道波形

“＝SUM（（M3－N3），（M4－N4），（M5－N5），（M6－N6），（M7－N7），（M8－N8），（M9－N9），（M10－N10），（M11－N11），（M12－N12），（M13－N13），（M14－N14），（M15－N15），（M16－N16），（M17－N17））／15”

均值計(jì)算C18設(shè)定“＝Average（C3：C17）”，H18設(shè)定“＝Average（H3：H17）”，溫度偏差＝C18－H18

最大值＝MAX（D3：D17），

最小值＝MIN（D3：D17）

溫度波動(dòng)度＝（H19－H20）／2。這樣，便可實(shí)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)拷貝到該表格的指定位置時(shí)，所有參數(shù)可自動(dòng)計(jì)算出來。我們可以對(duì)照表2對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是否符合技術(shù)要求進(jìn)行判斷。

表1 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量記錄

表2 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)要求 ℃

4 結(jié)束語(yǔ)

保證航空科研生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所用的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的性能參數(shù)處在規(guī)定的范圍內(nèi)是保證航空產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。該測(cè)量系統(tǒng)用最少的儀器和最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量，可用于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度參數(shù)的校準(zhǔn)，也可用于生產(chǎn)過程中對(duì)溫度參數(shù)的監(jiān)視和測(cè)量，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，值得推廣。

［1］彭芳林，王紅梅.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)及測(cè)量不確定度評(píng)定.計(jì)量技術(shù)，2007（3）

［2］JJF 1101—2003環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范

［3］Fluke 2635A Hydra Series IIData Bucket user Manual

［4］黃伊剛.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)與檢測(cè).上海計(jì)量與測(cè)試，2009（4）

［5］李文舉，陳偉權(quán)，翟錫坤.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析.中國(guó)計(jì)量，2008（12）

10.3969／j.issn.1000－0771.2013.4.14