熱電偶群爐檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳永強(qiáng)

摘要：為了提高熱電偶檢定的工作效率，本文詳細(xì)介紹了熱電偶群爐檢定系統(tǒng)的構(gòu)成，采用積木式結(jié)構(gòu)擴(kuò)展連接，各單元模塊都可以單獨(dú)啟動(dòng)工作，也可同時(shí)對(duì)多臺(tái)檢定爐進(jìn)行控制，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)了檢定過(guò)程的自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：熱電偶檢定;群爐

引言

熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)測(cè)量溫度的傳感器，是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，在溫度量值傳遞體系中起著重要的作用。根據(jù)相關(guān)國(guó)家檢定規(guī)程的要求，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶、工作用廉金屬熱電偶進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的的熱電偶檢定裝置采用的是單爐單次檢定，加上升溫和降溫過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，每次最多能檢定4支熱電偶，工作效率較低。于是，亟需對(duì)原先的單一模式的熱電偶檢定裝置進(jìn)行升級(jí)改造，來(lái)滿足日益增加的檢定工作量的要求，保證熱電偶量值的正常傳遞。

1系統(tǒng)組成

熱電偶自動(dòng)群控檢定系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、七位半高精度數(shù)字多用表、低電勢(shì)掃描器、溫度控制儀和GPIB接口板等組成。該系統(tǒng)可同時(shí)控制4臺(tái)檢定爐，滿足短時(shí)間內(nèi)檢定大批量熱電偶的要求。整個(gè)檢定系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為控制中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、記錄和打印。計(jì)算機(jī)與數(shù)字萬(wàn)用表之間通過(guò)GPIB接口通信，GPIB具有極高的信息傳輸速率，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)與其它硬件均采用RS485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，完成檢定點(diǎn)的切換和溫度控制，通訊距離可達(dá)30m，穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)組成如圖1所示。

2系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

檢定時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶捆扎成束，使所有熱電偶的感溫頭處于同一截面，然后裝在檢定爐的最高溫區(qū)，熱電偶檢定爐負(fù)責(zé)提供檢定所需的均勻溫場(chǎng)。檢定爐通過(guò)電爐絲進(jìn)行加熱，爐管采用耐火材料制成，保證在溫度上升過(guò)程中檢定爐良好的體積穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶測(cè)量端始終處在檢定爐最高溫場(chǎng)的中心。

各標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶的電勢(shì)信號(hào)通過(guò)上下2級(jí)低電勢(shì)掃描器送至數(shù)字多用表，低電勢(shì)掃描器是熱電偶與數(shù)字多用表之間的樞紐。開關(guān)基片采用大面積的敷銀材料，具有很好的延展性、導(dǎo)電性和耐磨性，在使用期間性能可靠，使用壽命大大提高。

數(shù)字萬(wàn)用表負(fù)責(zé)采集熱電偶電動(dòng)勢(shì)，并轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，通過(guò)GPIB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。當(dāng)溫度達(dá)到檢定要求時(shí)立刻采集，結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行顯示。數(shù)字萬(wàn)用表的內(nèi)部采用了運(yùn)放電路，內(nèi)阻可以做得很大，往往在1MΩ或更大，使其具有很高的測(cè)量精度。

3控溫方案及實(shí)現(xiàn)

熱電偶檢定系統(tǒng)中一項(xiàng)最重要的技指標(biāo)就是升溫的快速性和恒溫的穩(wěn)定性。由于檢定爐的熱惰性較大，本系統(tǒng)采用以智能PID控制的方法對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)精確管理，提高了檢定效率和控溫精度。

系統(tǒng)使用兩種PID控制模式，當(dāng)實(shí)際溫度距離設(shè)定溫度點(diǎn)較大時(shí)，用PID模式1進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)快速升溫，當(dāng)距設(shè)定溫度點(diǎn)5℃以內(nèi)，用PID模式2進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)爐溫穩(wěn)定性控制。

4軟件工作流程

4.1系統(tǒng)檢定前準(zhǔn)備

為使檢定系統(tǒng)正確工作，在第一次運(yùn)行時(shí)，應(yīng)首先對(duì)系統(tǒng)通訊參數(shù)、檢定控制參數(shù)、檢定單位信息等進(jìn)行正確的設(shè)置。通過(guò)點(diǎn)擊軟件主界面工具欄的“設(shè)置”按鈕，在彈出的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面上進(jìn)行設(shè)置。

4.2群爐檢定功能

用戶單擊系統(tǒng)主界面工具欄的“群檢”按鈕，彈出“熱電偶群檢系統(tǒng)”界面，用戶點(diǎn)擊窗口上方的“設(shè)置”標(biāo)簽創(chuàng)建檢定記錄。

如圖3所示，界面左側(cè)由多個(gè)控溫儀面板組成，右側(cè)是40路通道列表，每個(gè)控溫儀面板主要由功能按鈕區(qū)、基本信息、標(biāo)準(zhǔn)器具容器、冷端器具容器和被檢器具容器5個(gè)部分組成。

當(dāng)完成設(shè)置后，點(diǎn)擊窗口上方的“檢定”標(biāo)簽，檢定工作開始。

4.3技術(shù)指標(biāo)

整套系統(tǒng)最終可以達(dá)到以下的技術(shù)指標(biāo)，掃描開關(guān)寄生電勢(shì)≤0.4μV，通道間數(shù)據(jù)采集差值≤1μV，測(cè)量重復(fù)性≤1.5μV，恒溫性能，設(shè)定點(diǎn)偏差不超過(guò)±5℃，檢定點(diǎn)溫度波動(dòng)性≤0.5℃/6min，測(cè)量讀數(shù)時(shí)波動(dòng)性≤0.1℃/min，測(cè)量數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗(yàn)證≤0.5μV。

結(jié)束語(yǔ)

熱電偶群爐檢定系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)期的使用情況證明，不但實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢定多支工作用廉金屬熱電偶的工作需要，而且可以滿足同時(shí)檢定標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和工作用熱電偶的工作需要，有效地統(tǒng)籌了標(biāo)準(zhǔn)和工作用熱電偶檢定時(shí)間，更好地保證了熱電偶量值傳遞工作的開展。

參考文獻(xiàn)

[1]JJG 75-1995，標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶檢定規(guī)程[S].

[2]JJF 1637-2017，廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范[S].

[3]華叔權(quán)，鄭金吾，張長(zhǎng)巖，杜鵑.熱電偶自動(dòng)檢定裝置[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，24（5）：101—102.