熱電偶自動化檢定裝置的設(shè)計與研究

[摘 要]熱電偶是工業(yè)上最常用的測溫傳感器，為保證熱電偶使用過程中測溫性能的準確性，必須對其進行周期性檢定。以往熱電偶檢定方法中使用的設(shè)備繁雜，操作復(fù)雜，同時還需要人值守，非常的不方便，基于以上原因，本文設(shè)計出一款操作簡單、精度高、可無人值守的熱電偶檢定系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]熱電偶；檢定裝置；自動化；設(shè)計

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）21-0010-01

1 概述

熱電偶是工業(yè)上最常用的測溫傳感器，由于熱電偶在工作時，是直接與被測環(huán)境或者被測物體相接觸，沒有使用其它任何中間介質(zhì)，故其感溫快速，準確，測量精度高。當(dāng)熱電偶使用特殊金屬制作時，可以得到很大的測溫范圍，還有便是熱電偶通常使用兩種或者多種不同的金屬絲組成，構(gòu)造通常比較簡單，外形不受大小和形狀的影響，使用時非常方便。熱電偶在長期使用過程中，其熱電特性會發(fā)生變化，進而導(dǎo)致其指示的溫度值失真，造成測溫誤差逐漸增大。故為了保證測溫的準確性，必須根據(jù)國家檢定規(guī)程和校準規(guī)范定期檢定熱電偶，依此確定其測量誤差，從而判定被檢熱電偶是否可以繼續(xù)使用，若誤差大小符合相關(guān)檢定規(guī)程，則給出其修正值，否則視為不合格。

2 以往熱電偶自動化檢定裝置的問題

以往對熱電偶的檢定主要靠人工操作來完成，根據(jù)檢定人員在長期工作中所得的經(jīng)驗將溫度逐個的控制在檢定點上，然后再盡量將其保持在一個恒定的溫度點，然后對其加以檢定。在檢定的過程中，操作員不僅僅要記錄每次熱電偶檢測的數(shù)據(jù)，而且還要對熱電偶進行手動切換，所以這種人工檢定的方法很難保證達到穩(wěn)定時的檢測精度，況且在操作人員進行手動操作時，很難避免手動所帶來的延時，這就導(dǎo)致測溫精度不夠高，以及存在一些不必要的人為因素，這樣難保證熱電偶檢定規(guī)程中所規(guī)定的技術(shù)要求。

3 熱電偶自動化檢定裝置總體設(shè)計

對熱電偶進行檢定，其工作過程大致由兩部分構(gòu)成，即控溫過程、數(shù)據(jù)采集及處理過程。檢定依照的都是比較校驗的方法，熱電偶自動化檢定裝置如圖1，二等標準熱電偶作為標準器，溫場由檢定爐提供，數(shù)字萬用表作為測量部分，將采集的數(shù)據(jù)傳入微型計算機，在微型計算機界面上通過編程來對比標準與被校的差別。按不同熱電偶的檢定規(guī)程要求設(shè)定檢定點溫度，利用專業(yè)軟件通過串口將需要檢定的各檢定點溫度及對應(yīng)的控溫參數(shù)依次送給智能調(diào)節(jié)器，利用智能調(diào)節(jié)器的輸出來控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷，進而來實現(xiàn)檢定爐升溫、恒溫的自動控制，同時計算機定時監(jiān)視智能調(diào)節(jié)器上的測溫顯示，當(dāng)計算機監(jiān)測到控溫智能調(diào)節(jié)器上溫度顯示值到達或接近設(shè)定溫度，并且每分鐘溫度變化滿足檢定要求時，馬上起動掃描開關(guān)和數(shù)字萬用表對標準熱電偶進行監(jiān)控，一旦滿足檢定規(guī)程要求即爐溫偏離檢定點溫度不大于5℃且每分鐘變化不超過0.2℃時，就將標準和被檢偶的數(shù)據(jù)讀入計算機進行計算、處理、保存。待所有檢定點都檢定完成之后，可以將測量的原始數(shù)據(jù)和計算結(jié)果及最后結(jié)論以表格形式打印輸出。

數(shù)字萬用表是整個熱電偶檢定系統(tǒng)中核心的部件之一，主要負責(zé)把標準偶或者被檢偶所得的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以識別的數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換值通過串行端口RS-232傳送給微型計算機。根據(jù)本系統(tǒng)各性能技術(shù)要求，所選擇的多功能數(shù)字多用表的測量精度要有6位半以上，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同種類信號的測量，且對它的切換是通過微型計算機與數(shù)字萬用表串行通信來實現(xiàn)，這樣才能使微型計算機遠程控制數(shù)字萬用表實現(xiàn)多量程間的切換及讀取測量數(shù)據(jù)的工作。

4 熱電偶自動化檢定裝置的工作流程

熱電偶自動化檢定裝置的工作流程：首先微型計算機對智能調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進行遠程控制，進而來控制固態(tài)繼電器的通斷，實現(xiàn)對爐溫的控制，當(dāng)檢測到爐溫達到了被檢熱電偶的檢定點溫度時，通過軟件編程來對爐內(nèi)溫度的變化值穩(wěn)定與否給出判斷。若爐膛溫度值不夠穩(wěn)定時，則繼續(xù)保持這個溫度點，直到其達到穩(wěn)定為止。若爐膛溫度已經(jīng)穩(wěn)定，則開始熱電偶的檢定，微型計算機輸出數(shù)字量信號控制多路切換開關(guān)順序切換信號通道，同時通過串行通信口數(shù)字萬用表發(fā)送命令，由數(shù)字萬用表順序讀取標準偶及各被檢偶的電壓信號，然后通過通信端口傳入計算機，并且在界面上給予顯示，同時對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理，把所處理的數(shù)據(jù)通過調(diào)用VB中的excel數(shù)據(jù)表，存入其中。接著繼續(xù)升溫，到下一個檢定點，不斷重復(fù)上述的操作，直到把所有的檢定點都檢定完，最后再調(diào)用word，將所得的結(jié)果及被檢熱電偶的具體信息作為書簽插入其中，這樣就完成了整個檢定的流程，檢定完之后需斷開主回路開關(guān)。

5 結(jié)語

本文所論述的熱電偶自動化檢定裝置在技術(shù)要求和性能指標方面都滿足國家熱電偶檢定規(guī)程要求。系統(tǒng)可同時檢定多支熱電偶，對工業(yè)中使用的熱電偶可實現(xiàn)自動檢定，這對實現(xiàn)熱電偶的檢定降低成本、提高熱電偶的檢定效率有很大的幫助。

由于大部分工業(yè)熱電偶的測量都是在工業(yè)現(xiàn)場使用，所以對其進行檢定需要將其取下來送到相關(guān)部門進行檢定，這不僅需要花費一定的時間，而且工作效率也較低。與此同時，熱電偶在實際的工業(yè)現(xiàn)場會受到現(xiàn)場環(huán)境的影響，導(dǎo)致其熱電特性發(fā)生了變化，所以，熱電偶自動化檢定裝置在現(xiàn)場實現(xiàn)熱電偶在線檢定工作是將來的工作趨勢。

參考文獻

[1] 王根發(fā).貴金屬熱電偶檢定結(jié)果處理用計算機的程序設(shè)計[J].計量技術(shù)，2012.

[2] 李書澤，張武高. 高精度鈾電阻測溫電路優(yōu)化設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2005.

[3] 吳霏.淺談鉑鍺熱電偶細絲的熱電動勢測量方法[J].工業(yè)計量，2006.

[4] 付志勇，王琳.溫度綜合自動檢定校測系統(tǒng)[J].中國測試技術(shù)，2005.

[5] 黃艷巖.LabVIEW平臺下工業(yè)熱電偶自動檢定系統(tǒng)的研究[D].中國計量科學(xué)研究院，2004.

作者簡介

李天宇，男，1986年11月，江陰市計量測試檢定所，助理工程師，溫度計量。