熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)若干問(wèn)題的探討

張雪峰

（上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院,上海 201203）

1 引言

為了檢定熱電偶，相應(yīng)的檢定裝置被研制出來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的普及和數(shù)字式儀表的發(fā)展，熱電偶的自動(dòng)檢定系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，本文對(duì)其中的一些具體細(xì)節(jié)進(jìn)行了探討。

2 自動(dòng)檢定系統(tǒng)的組成和原理

2.1 系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)主要由熱電偶檢定爐、控溫儀表、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、數(shù)字多用表和計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的配套軟件組成。

2.2 系統(tǒng)的原理

對(duì)熱電偶的檢定采用的是比較測(cè)溫法，其工作過(guò)程大致由兩部分構(gòu)成，即控溫過(guò)程、數(shù)據(jù)采集及處理過(guò)程。將被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)器捆扎好后放入熱電偶檢定爐中，然后進(jìn)行升溫保溫，達(dá)到測(cè)量要求后，數(shù)字多用表通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)讀取標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢(shì)值，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算誤差值完成檢定。

3 檢定過(guò)程中若干問(wèn)題的改進(jìn)和探討

3.1 三段控溫提高檢定爐溫場(chǎng)

檢定爐溫場(chǎng)極大地影響著熱電偶檢定的準(zhǔn)確性，以K型熱電偶為例，根據(jù)JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》的要求，檢定爐在1000℃時(shí)中心軸向需要分別有60mm溫差不超過(guò)1℃，徑向不超過(guò)1℃的溫場(chǎng)，由于工業(yè)用熱電偶直徑粗，焊點(diǎn)大，熱電偶的捆扎對(duì)檢定結(jié)果會(huì)有不小的影響。

為了克服單點(diǎn)控溫給溫場(chǎng)帶來(lái)的局限性，三段控溫的熱電偶檢定爐被研制出來(lái)，通過(guò)調(diào)試，其溫場(chǎng)可以達(dá)到200mm內(nèi)0.5℃的溫差，可以大大提高檢定的精度，減小測(cè)量的不確定度。

3.2 控溫系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)的整合

在傳統(tǒng)的熱電偶檢定系統(tǒng)中，控溫系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)是分開(kāi)的。由控溫表和控溫?zé)犭娕伎刂茽t溫，升溫到檢定溫度點(diǎn)附近后，再讀取標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的溫度（即爐內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)被檢的實(shí)際溫度）進(jìn)行控溫穩(wěn)定度的判定，達(dá)到測(cè)量要求后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際檢測(cè)中就會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控溫儀表達(dá)到檢測(cè)溫度時(shí)，爐內(nèi)的實(shí)際溫度通常還會(huì)有幾十?dāng)z氏度的差距，升溫和溫度的穩(wěn)定可能還要需要半小時(shí)左右的時(shí)間，這就造成檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。這是由于控溫儀表的PID參數(shù)是對(duì)控溫?zé)犭娕级?，?biāo)準(zhǔn)熱電偶由于和被檢捆扎在一起，由于熱傳遞慢導(dǎo)致了滯后性，所以可以將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作為控溫?zé)犭娕?，?duì)PID參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)節(jié)整定，可以較少升溫和恒溫的時(shí)間，提高檢測(cè)效率。

3.3 多路數(shù)據(jù)采集代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)加數(shù)表

在傳統(tǒng)的檢定系統(tǒng)中，由數(shù)字多用表控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)，讀取標(biāo)準(zhǔn)和被檢的數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)—被檢1—被檢2—…—被檢N—被檢N—…—被檢2—被檢1的順序讀取數(shù)據(jù)2次，在一定程度上消除了讀取過(guò)程中溫度變化產(chǎn)生的影響，但還是存在一定的誤差。由于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的特性，一次轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間在2秒左右，當(dāng)被檢數(shù)量較多時(shí)，讀取的時(shí)間就比較長(zhǎng)。

用多路數(shù)據(jù)采集卡（如堆棧式數(shù)字測(cè)溫儀）同時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)和被檢的數(shù)據(jù)就可以極大地消除上述誤差影響，也節(jié)約了測(cè)量的時(shí)間。

3.4 參考端溫度的處理

熱電偶的熱電勢(shì)與測(cè)量端溫度和參考端溫度有關(guān)，參考端溫度的準(zhǔn)確性也極大影響熱電偶檢定的準(zhǔn)確性。在檢定規(guī)程中需要將熱電偶的參考端放在冰點(diǎn)，在實(shí)際操作中，工業(yè)熱電偶很難操作，通常是將被測(cè)熱電偶的參考端放置在一個(gè)恒溫箱中，測(cè)量恒溫箱的溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。但是恒溫箱中，溫度的不均勻性也會(huì)給測(cè)量帶來(lái)不小的誤差，通常在0.5℃以下，相比Ⅰ級(jí)K型熱電偶在400℃的允許誤差±1.6℃來(lái)說(shuō)已經(jīng)算不小。

用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線會(huì)是一個(gè)更好的選擇，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線穩(wěn)定性較好，進(jìn)行計(jì)量后得到相應(yīng)溫度點(diǎn)的誤差值，只需對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修正即可。

4 結(jié)語(yǔ)

工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程由于年代較為久遠(yuǎn)，測(cè)量方法和設(shè)備要求已經(jīng)落后于時(shí)代的發(fā)展。對(duì)上述問(wèn)題的一些探討，可以有效地提高測(cè)量精度，提高測(cè)量效率，其中的一些方法已經(jīng)在實(shí)際工作中使用，得到了驗(yàn)證。

[1]JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程[S].

[2]JJF1098-2003熱電偶、熱電阻自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[S].

[3]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司 1990國(guó)際溫標(biāo)宣貫手冊(cè)[S].

[4]仝衛(wèi)國(guó).基于虛擬儀器的熱電偶自動(dòng)計(jì)量檢定系統(tǒng)[M].微計(jì)算機(jī)信息,2004.

[5]凌子松.熱電偶熱電阻溫度自動(dòng)檢定系統(tǒng)[D].吉林大學(xué),2005.

[6]黃艷巖.LabVIEW平臺(tái)下工業(yè)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)[D].中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院,2004.

[7]付志勇.溫度綜合自動(dòng)檢定校測(cè)系統(tǒng)[M].中國(guó)測(cè)試技術(shù),2005.