基于C#的電子分度表系統(tǒng)的開發(fā)

許 淵，孫 恒，簡(jiǎn)遠(yuǎn)中

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基于C#的電子分度表系統(tǒng)的開發(fā)

許 淵，孫 恒，簡(jiǎn)遠(yuǎn)中

（中國(guó)航發(fā)貴州紅林航空動(dòng)力控制科技有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

應(yīng)用C#語(yǔ)言，開發(fā)了覆蓋工業(yè)熱電阻、工業(yè)熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電子分度表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度與電阻或電勢(shì)的雙向快速查詢，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了溫度計(jì)量工作效率。

熱電偶；熱電阻；分度表；標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻

隨著AS9100體系的推進(jìn)及公司各分廠試驗(yàn)器設(shè)備的增多，定期檢定大量溫度二次儀表成為必然。作為企業(yè)的計(jì)量技術(shù)部門，通常使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器為直流低電勢(shì)電位差計(jì)和直流電阻箱等，要完成檢定，必須借助分度表完成電勢(shì)或電阻值與溫度的轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)分度表手冊(cè)為紙質(zhì)印刷，在使用中存在著查詢不便、計(jì)算麻煩、效率低下等不足，開發(fā)基于計(jì)算機(jī)的電子分度表系統(tǒng)就顯得十分必要。目前同類企業(yè)應(yīng)用的電子分度表軟件功能單一，僅實(shí)現(xiàn)了單一溫度點(diǎn)與電勢(shì)或電阻值的相互轉(zhuǎn)換，并沒有考慮用戶使用中的效率問題。部分軟件中電勢(shì)值與溫度的相互換算中參考端溫度必須為0 ℃，對(duì)于參考端溫度非0 ℃的情況則無能為力，靈活性和實(shí)用性大大降低，因此必須研究適合企業(yè)自身的電子分度表系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電子分度表系統(tǒng)主要涉及3個(gè)方向，分別是工業(yè)熱電阻、工業(yè)熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，其中工業(yè)熱電阻包括Pt100、Cu100熱電阻，工業(yè)熱電偶包括8種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型、T型）。電子分度表系統(tǒng)分為4大模塊：工業(yè)分度表計(jì)算、工業(yè)分度曲線圖、工業(yè)分度表手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻分度表，系統(tǒng)框架如圖1所示。

1.1 工業(yè)分度表計(jì)算模塊

工業(yè)分度表計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)工業(yè)熱電阻電阻值與溫度的相互換算、工業(yè)熱電偶電勢(shì)值與溫度的相互換算功能。對(duì)于指定分度號(hào)的工業(yè)熱電偶和工業(yè)熱電阻，通過給定溫度能夠準(zhǔn)確計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電勢(shì)/電阻值，通過給定電勢(shì)/電阻值也能夠準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的溫度值。當(dāng)指定分度號(hào)的工業(yè)熱電偶參考端溫度不為0 ℃時(shí)，系統(tǒng)也能夠根據(jù)設(shè)置的參考端溫度，利用熱電偶中間溫度定律來完成工業(yè)熱電偶參考端處于設(shè)定溫度下溫度與電勢(shì)值的準(zhǔn)確換算，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分度表手冊(cè)對(duì)于非整點(diǎn)溫度值無法直接查詢只能大致估算、對(duì)于熱電偶類型參考端溫度不為0 ℃時(shí)計(jì)算煩瑣的不足。為了提高使用效率，系統(tǒng)還應(yīng)提供多點(diǎn)計(jì)算功能，設(shè)置好溫度上下限和點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出從下限溫度至上限溫度一系列分布均勻的溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電勢(shì)/電阻值，該功能在二次儀表實(shí)際檢定中比較實(shí)用，也是通用分度表軟件所沒有的功能，本模塊界面如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

圖2 計(jì)算界面

1.2 工業(yè)分度表手冊(cè)模塊

工業(yè)分度表手冊(cè)模塊包括工業(yè)熱電阻分度表和工業(yè)熱電偶分度表，共有13 279個(gè)溫度點(diǎn)。它模擬傳統(tǒng)的分度表手冊(cè)，各分度號(hào)的工業(yè)熱電偶或熱電阻整10溫度從小到大按行排列，右側(cè)對(duì)應(yīng)各行整10溫度的個(gè)位從0～9按列排序，相應(yīng)的電勢(shì)/電阻值顯示在右下區(qū)域，與對(duì)應(yīng)的溫度按行列索引后一一對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)排列整齊、展示清晰直觀，等效于使用傳統(tǒng)的分度表手冊(cè)。對(duì)于工業(yè)熱電阻，以Ω為單位，電阻值按0.01間隔修約；對(duì)于工業(yè)熱電偶，參考端溫度為0 ℃，以μV為單位，電勢(shì)值按1間隔修約。本模塊擺脫了對(duì)傳統(tǒng)分度表手冊(cè)的依賴，可永久存儲(chǔ)，無需擔(dān)心紙張破損等情況。

1.3 工業(yè)分度曲線圖模塊

工業(yè)分度曲線圖模塊用于繪制工業(yè)熱電阻的電阻溫度關(guān)系曲線和工業(yè)熱電偶的電勢(shì)溫度關(guān)系曲線，對(duì)于工業(yè)熱電阻或工業(yè)熱電偶，可以靈活選擇繪制一條曲線或多條曲線，各條曲線間用不同的顏色加以區(qū)分，繪制后的曲線還可以保存成圖片文件。通過分度曲線可以直觀了解各熱電阻/熱電偶的測(cè)溫溫區(qū)、靈敏度以及線性度，可作為工業(yè)生產(chǎn)中溫度傳感器選型的參考。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻分度表模塊

標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻分度表模塊可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)常用正溫區(qū)0～419.527 ℃分度表的計(jì)算功能。通過輸入上級(jí)檢定證書中提供的Rtp、a8、b8參數(shù)，即可算出該支標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)在正溫區(qū)任意溫度點(diǎn)的電阻值、電阻比值和電阻比值對(duì)溫度的變化率，有利于計(jì)量檢定人員對(duì)工業(yè)熱電阻檢定過程誤差計(jì)算中的數(shù)據(jù)來源和處理流程做深入的理解。

2 軟件開發(fā)

C#是微軟推出的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，它有著強(qiáng)大的集成類庫(kù)和與平臺(tái)無關(guān)的編譯機(jī)制，常用來開發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng)。電子分度表系統(tǒng)以VS2010為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合C#語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，采用模塊化、功能化的設(shè)計(jì)方案，在Windows XP和Windows7及以上系統(tǒng)均可使用。系統(tǒng)開發(fā)采用面向?qū)ο缶幊痰乃枷?，利用了類的繼承及多態(tài)特性實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，所有工業(yè)熱電阻基類Thermometer Resistance和工業(yè)熱電偶基類Thermocouples都繼承了共同的基類Thermometer，在基類Thermometer中定義了通用的最低溫度、最高溫度、修約位數(shù)等屬性和根據(jù)電勢(shì)/電阻值計(jì)算溫度、根據(jù)溫度計(jì)算電勢(shì)/電阻值兩大方法。在工業(yè)熱電阻基類和工業(yè)熱電偶基類中除共同繼承了上述兩大方法外，還針對(duì)各自特性增加了不同的方法便于子類繼承后重寫。所有指定具體分度號(hào)的工業(yè)熱電阻和工業(yè)熱電偶則相應(yīng)分別繼承于上述兩大基類，便于通過上層父類實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)用。當(dāng)后期還需增加其他分度號(hào)的工業(yè)熱電阻或工業(yè)熱電偶時(shí)，只需對(duì)應(yīng)繼承工業(yè)熱電阻基類或工業(yè)熱電偶基類，即可靈活擴(kuò)展。

2.1 工業(yè)熱電阻

對(duì)于Pt100、Cu100工業(yè)熱電阻，根據(jù)溫度計(jì)算電阻值的公式分別為：

t=[1++2+（－100）3]0 .

t=[1++（－100）+（－100）2]0 .

相關(guān)系數(shù)可參考JJG 229—2010檢定規(guī)程[1]，對(duì)上述公式求解即可得到指定電阻值對(duì)應(yīng)的溫度，因涉及高次方程，直接求解比較困難，可采用牛頓迭代法來完成，代碼如圖3所示。

圖3 采用牛頓迭代法求解的代碼

2.2 工業(yè)熱電偶

對(duì)于K型工業(yè)熱電偶，根據(jù)溫度計(jì)算電勢(shì)值的公式如表1所示。

表1 工業(yè)K型熱電偶電勢(shì)值計(jì)算公式

其余7種工業(yè)熱電偶，根據(jù)溫度計(jì)算電勢(shì)值的公式為：

8種工業(yè)熱電偶，根據(jù)電勢(shì)值計(jì)算溫度的公式統(tǒng)一為：

相關(guān)的溫度范圍及對(duì)應(yīng)系數(shù)可參考GBT 16839.1—1997附錄[2]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)

在0～419.527 ℃分溫區(qū)內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電阻比值為：

對(duì)上式求導(dǎo)，可以求得電阻比值對(duì)溫度的變化率為：

相關(guān)系數(shù)可參考JJG 160—2007檢定規(guī)程[3]，因公式求解比較復(fù)雜，可利用計(jì)算機(jī)采用逐次逼近法完成求解。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻相關(guān)計(jì)算代碼如圖4所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻相關(guān)計(jì)算代碼

2.4 分度表手冊(cè)和分度表曲線

分度表手冊(cè)和分度表曲線均采用GDI+原理在PictureBox控件上進(jìn)行繪制，通過Graphics對(duì)象的DrawLine方法完成直線繪制，通過DrawString方法完成文字繪制，分度曲線的繪制則是先等間隔分段再利用DrawLine方法繪制。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的電子分度表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分度表的電子化、快速準(zhǔn)確查詢，為計(jì)量檢定工作帶來了極大的便利，降低了檢定人員的工作強(qiáng)度，有效避免了查詢中的人為失誤，提高了檢定工作效率。經(jīng)過與ITS90國(guó)際溫標(biāo)分度表及部門二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定證書中給出的分度表比對(duì)，結(jié)果一致，證明了該系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可根據(jù)需要增加其他分度號(hào)的工業(yè)熱電阻或工業(yè)熱電偶，在后期還可以根據(jù)需要增加標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)負(fù)溫區(qū)分度表功能。本系統(tǒng)的開發(fā)為計(jì)量人員掌握分度表相關(guān)知識(shí)提供了很大的幫助，同時(shí)可為儀表設(shè)計(jì)人員提供工作參考。

［1］朱家良，姚麗芳.JJG 229—2010工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程［S］.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2010.

［2］范鎧，張繼培.GBT 16839.1—1997 熱電偶第1部分：分度表［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

［3］王玉蘭，武荷蓮，邱萍，等.JJG 160—2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程［S］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

TH811

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.122

2095－6835（2018）22－0122－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕