工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

廖 艷，付志勇，韓志鑫

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

工業(yè)熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度計(jì)量器具。由于其測(cè)量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、使用可靠、互換性好，在工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制中的應(yīng)用極其廣泛，提高工業(yè)熱電阻檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度和檢定工作的效率對(duì)工業(yè)發(fā)展極其重要。為此，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了一定的研究，國(guó)外主要采用自動(dòng)檢定系統(tǒng)對(duì)工業(yè)熱電阻進(jìn)行檢定；國(guó)內(nèi)大部分企事業(yè)單位還采用人工方式進(jìn)行工業(yè)熱電阻檢定。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，部分企業(yè)或研究院所研制出了能滿足檢定要求的自動(dòng)檢定系統(tǒng)，但價(jià)格昂貴，而且不對(duì)外開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)室人員無(wú)法根據(jù)自己的需求進(jìn)行改進(jìn)。因此，為提高自動(dòng)檢定系統(tǒng)的性價(jià)比，滿足實(shí)驗(yàn)室檢定需求，完善系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)管理功能，本文設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)軟件。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及基本功能

1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置、自動(dòng)控溫裝置、恒溫設(shè)備、計(jì)算機(jī)、通用打印機(jī)和自主研發(fā)的專用軟件組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)工作時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被檢工業(yè)熱電阻溫度計(jì)一起插入恒溫槽中，各傳感器的引線按要求通過(guò)多通道傳感器轉(zhuǎn)接盒連接到多數(shù)據(jù)采集裝置上，連接控溫儀與恒溫槽，數(shù)據(jù)采集裝置和控溫儀通過(guò)RS-232接口與計(jì)算機(jī)連接。系統(tǒng)軟件通過(guò)RS-232通信端口向控溫儀發(fā)送控溫指令，向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令采集標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的值，并判斷恒溫槽槽溫是否滿足檢定條件，如果不滿足則繼續(xù)當(dāng)前溫度的控溫，如果滿足則按照檢定規(guī)程的要求向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令；數(shù)據(jù)采集裝置按順序讀取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被檢溫度計(jì)的值，并通過(guò)串口將測(cè)量值傳給計(jì)算機(jī)，同時(shí)由系統(tǒng)軟件進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的保存和處理[1-2]。然后控制下一個(gè)溫度點(diǎn)，重復(fù)上述工作，直到完成所有設(shè)置的檢定溫度點(diǎn)后，通過(guò)軟件生成檢定證書(shū)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)熱電阻溫度傳感器的自動(dòng)檢定。

1.2 系統(tǒng)基本功能

1）可對(duì)不同分度號(hào)和不同線制的工業(yè)熱電阻進(jìn)行檢定。

2）系統(tǒng)的控溫設(shè)備和數(shù)據(jù)采集可采用手動(dòng)或自動(dòng)方式。

3）系統(tǒng)軟件能夠自動(dòng)掃描控溫裝置和數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)應(yīng)的RS-232端口號(hào)，設(shè)置數(shù)據(jù)采集裝置的采樣參數(shù)；同時(shí)能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器和檢定人員進(jìn)行管理；具備顯示恒溫設(shè)備控溫曲線、設(shè)定溫度、實(shí)際溫度、實(shí)時(shí)測(cè)量的電勢(shì)值或電阻值、波動(dòng)度、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間以及當(dāng)前狀態(tài)等信息的功能，并能實(shí)時(shí)顯示循環(huán)采樣數(shù)據(jù)。

4）具有斷電保護(hù)功能，軟件在非正常退出的情況下，可以自動(dòng)保存當(dāng)前狀態(tài)和檢定數(shù)據(jù)，重啟系統(tǒng)后能夠繼續(xù)當(dāng)前檢定任務(wù)。

5）能夠自動(dòng)完成工業(yè)熱電阻檢定，自動(dòng)控溫、自動(dòng)判斷恒溫條件、自動(dòng)采集和記錄測(cè)量數(shù)據(jù)、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)生成原始記錄和證書(shū)。

6）能夠查詢歷史記錄和證書(shū)。

2 系統(tǒng)硬件介紹

系統(tǒng)硬件主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、自動(dòng)控溫裝置兩部分。數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集器和低熱電勢(shì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)[3]。數(shù)據(jù)采集器用來(lái)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令，然后按指令進(jìn)行測(cè)量設(shè)置，并將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)由軟件進(jìn)行相關(guān)處理。選用2700數(shù)據(jù)采集器和7700開(kāi)關(guān)模塊組成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集裝置[4]。

圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

自動(dòng)控溫裝置用于接收計(jì)算機(jī)的控溫指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫槽和檢定爐的溫度控制和超溫保護(hù)。系統(tǒng)溫度控制裝置由宇電五位數(shù)字表、固態(tài)繼電器、交流接觸器等組成[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分采用C/S模式[6]開(kāi)發(fā)，采用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言[7]，Visual Studio2010作為開(kāi)發(fā)工具，.NET Framework4.0作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)[8]開(kāi)發(fā)一套能實(shí)現(xiàn)溫度傳感器檢定系統(tǒng)自動(dòng)控溫、自動(dòng)檢定和自動(dòng)分析處理數(shù)據(jù)的軟件。

3.1 軟件功能結(jié)構(gòu)

軟件主要包括系統(tǒng)管理、檢定任務(wù)和檢定結(jié)果3個(gè)功能模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)管理部分主要完成標(biāo)準(zhǔn)器管理、通信設(shè)置、采樣設(shè)置和人員管理。檢定任務(wù)部分主要完成被檢溫度計(jì)信息錄入、檢定溫度點(diǎn)設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器選擇、檢定項(xiàng)目設(shè)置、通道掃描測(cè)試以及檢定任務(wù)的執(zhí)行。檢定結(jié)果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準(zhǔn)證書(shū)。

用戶打開(kāi)系統(tǒng)軟件，首先進(jìn)行通信參數(shù)、控溫參數(shù)和數(shù)據(jù)采集相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，然后開(kāi)始檢定任務(wù)信息設(shè)置，包括錄入被檢溫度計(jì)信息、設(shè)置檢定項(xiàng)目及恒溫性能參數(shù)、設(shè)置檢定溫度點(diǎn)、選擇標(biāo)準(zhǔn)器，然后測(cè)試系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)采集通道直到所有通道狀態(tài)正常，方可開(kāi)始執(zhí)行檢定任務(wù)。檢定任務(wù)完成后控制恒溫設(shè)備的溫度，達(dá)到穩(wěn)定和檢定條件后，保溫并巡回檢定各被檢溫度傳感器數(shù)據(jù)，檢定完成后自動(dòng)保存并處理測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.2 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理部分主要完成通信設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器管理、采樣設(shè)置和人員管理。通信設(shè)置主要完成上位機(jī)與控溫儀、數(shù)字多用表通信連接參數(shù)設(shè)置，上位機(jī)通過(guò)串口線將控溫儀和2700數(shù)字多用表連接。系統(tǒng)能夠自動(dòng)掃描每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的串口號(hào)，掃描過(guò)程中界面為灰色提示用戶等待，計(jì)算機(jī)逐個(gè)掃描串口，完成后顯示于界面中。系統(tǒng)能自動(dòng)記錄用戶上次的配置信息，保存于xml配置文件，并在用戶下次開(kāi)啟本系統(tǒng)時(shí)默認(rèn)顯示該配置信息。需要設(shè)置的通信參數(shù)有波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位、握手協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器信息的創(chuàng)建、更新、刪除功能。用戶可新增標(biāo)準(zhǔn)器信息，所有錄入的標(biāo)準(zhǔn)器在列表中顯示，用戶可以選中列表中任一行，該行標(biāo)準(zhǔn)器信息自動(dòng)顯示在參數(shù)控件中，用戶可編輯該參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)器信息的修改，或選中某一行信息進(jìn)行刪除。系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器的有效期自動(dòng)判斷到期時(shí)間，并提前一個(gè)月提示檢定人員送檢。采樣設(shè)置模塊主要完成數(shù)據(jù)采集裝置采樣頻率、單點(diǎn)采樣次數(shù)、控溫階段采樣間隔和保溫階段采樣間隔設(shè)置。人員管理模塊主要完成檢定人員和核驗(yàn)人員信息新增、修改、刪除以及資質(zhì)到期提示。

3.2.2 檢定任務(wù)模塊

檢定任務(wù)部分主要完成被檢溫度計(jì)信息錄入、檢定溫度點(diǎn)設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器選擇、檢定項(xiàng)目設(shè)置、通道掃描測(cè)試以及檢定任務(wù)的執(zhí)行。用戶進(jìn)入檢定任務(wù)模塊后，首先錄入被檢溫度計(jì)信息，然后設(shè)置檢定項(xiàng)目和對(duì)應(yīng)的恒溫性能參數(shù)，設(shè)定被檢溫度點(diǎn)、選擇使用的標(biāo)準(zhǔn)器，這些信息配置完成后，可以進(jìn)行通道測(cè)試。檢定任務(wù)開(kāi)始后，首先向控溫儀發(fā)送控溫指令，然后采集標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示控溫曲線，同時(shí)判斷是否滿足檢定條件，當(dāng)滿足條件時(shí)，則開(kāi)始按照規(guī)程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器和被檢溫度計(jì)電阻值。在檢定過(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示標(biāo)準(zhǔn)器和被檢溫度計(jì)測(cè)量值。檢定任務(wù)完成后，系統(tǒng)停止控溫和數(shù)據(jù)采集。其流程如圖3所示。

圖3 檢定任務(wù)執(zhí)行流程圖

3.2.3 檢定結(jié)果模塊

檢定結(jié)果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準(zhǔn)證書(shū)。用戶可以輸入檢定時(shí)間段、檢定記錄編號(hào)、被檢溫度計(jì)出廠編號(hào)、送檢單位查詢歷史檢定記錄，記錄顯示于列表中。用戶可以選擇一個(gè)記錄編號(hào)生成該批檢定的原始記錄，選擇某一支溫度計(jì)編號(hào)生成該支溫度計(jì)的檢定和校準(zhǔn)證書(shū)。證書(shū)生成是根據(jù)選擇的溫度計(jì)編號(hào)查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，并按照檢定結(jié)果計(jì)算方法得出檢定結(jié)果，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)填充到證書(shū)模板，導(dǎo)出檢定證書(shū)或校準(zhǔn)證書(shū)。檢定結(jié)果計(jì)算及判斷流程如圖4所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)滿足JJG 229——2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》、JJF 1098——2003《熱電偶、熱電阻自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能有效提高工作效率，降低人為誤差。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)執(zhí)行檢定任務(wù)時(shí)，軟件可實(shí)時(shí)顯示控溫曲線、設(shè)定溫度、實(shí)際溫度、實(shí)際測(cè)量值、十分鐘波動(dòng)度以及任務(wù)開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、當(dāng)前狀態(tài)等信息。通過(guò)輸入檢定起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間或者檢定記錄編號(hào)、溫度計(jì)編號(hào)、送檢單位信息可以查詢歷史檢定記錄，可選擇某一記錄編號(hào)生成對(duì)應(yīng)的原始記錄和證書(shū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)的工業(yè)熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)軟件，界面易用、操作步驟簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫、自動(dòng)判斷恒溫條件、自動(dòng)采集和記錄測(cè)量數(shù)據(jù)、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)生成原始記錄和證書(shū)、可查詢?cè)加涗浐妥C書(shū)等功能。此外，系統(tǒng)軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)器、人員資質(zhì)到期提示功能以及形成的原始記錄和證書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)使實(shí)驗(yàn)室的管理更加有效和規(guī)范。且該系統(tǒng)總體價(jià)格相對(duì)較低，在技術(shù)指標(biāo)和性能上能滿足國(guó)家相關(guān)檢定規(guī)程要求，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)熱電阻的自動(dòng)檢定。

圖4 檢定結(jié)果計(jì)算及判斷流程圖

[1]JJG 229—2010工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

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