熱電偶自動(dòng)檢定裝置的優(yōu)化

[摘要]為了最大限度地發(fā)揮熱電偶自動(dòng)檢定裝置的檢定能力,對現有的三套熱電偶自動(dòng)檢定系統進(jìn)行了優(yōu)化改造。改造的關(guān)鍵技術(shù)是設計并制作了檢定爐交換控制系統,克服了原有熱電偶檢定系統之間互不兼容相互干擾等技術(shù)瓶頸。通過(guò)這套檢定爐交換控制系統,可以使多套熱電偶檢定系統同時(shí)工作,并且每個(gè)檢定系統都可以控制任何一個(gè)檢定爐,排除了檢定過(guò)程中存在的安全隱患,并且能夠實(shí)時(shí)監控每一路的檢定情況,極大地提高了熱電偶(阻)的檢定能力和效率。
1優(yōu)化改造前的熱電偶自動(dòng)檢定裝置的概況
　　熱電偶自動(dòng)檢定裝置是由3套熱電偶自動(dòng)檢定系統組成,分別是單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統、雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統和雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統。
1.1單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統概述
　　單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)是由計算機、打印機、精度高數字萬(wàn)用表、低電勢掃描器/控制器、數字表通信接口卡等組成的自動(dòng)測試控制系統，是集計算機技術(shù)、微電測技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)于一體的新型智能化計量標準裝置,主要用于自動(dòng)檢定/校準各種工作用熱電偶。它的主要技術(shù)指標見(jiàn)表1。
 
　　其中,精度高數字萬(wàn)用表選用的是Keithley2000,數字表通信接口卡選用的是GPIB卡,設置為GPIB:0N,LANG:SC-PI,ADDRES:01(每次數字表送檢歸來(lái)必須檢查該設置)。低電勢掃描器/控制器為T(mén)Z.SC-03,具有6通道掃描開(kāi)關(guān),與計算.機連接選用的是RS-232接口。
　　該系統采用標準偶控溫自帶控溫軟件,一次只能控制一臺檢定爐，每次檢定結束后如需控制其他檢定爐,需要人工更換檢定爐的接線(xiàn)。此外,該系統還在低電勢掃描器/控制器上內置了一個(gè)參考端溫度測量電路,附帶了參考端溫度傳感器，提供了三種可選擇的參考端處理方法，分別是:1)標準偶與被檢偶均置于冰點(diǎn)槽中;2)標準偶與被檢偶均使用傳感器補償;3)標準偶置于冰點(diǎn)槽中，被檢偶使用傳感器補償,增加了參考端處理的靈活性。
1.2雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統概述
　　雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ZRJ-04)繼承了原ZRJ-03型智能化熱工儀表檢定系統的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增.加了分級低電勢掃描開(kāi)關(guān)與掃描控制系統。各檢定爐分別采用RS485總線(xiàn)智能儀表和SSR進(jìn)行控溫,其控溫溫度、PD參.數等可進(jìn)行遙控設定,并由上位計算機進(jìn)行集中控制。智能儀表的控溫偏差可進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)修正，以滿(mǎn)足檢定允許偏差的要求。系統可自動(dòng)進(jìn)行控溫數據記錄和顯示,既可集中顯示各檢定爐的控溫參數,又可分別詳細顯示不同檢定爐的工作狀態(tài)與控溫參數,并自動(dòng)繪制控溫曲線(xiàn)。ZRJ-04的主要技術(shù)參數與ZRJ-03相同。與ZRJ-03相比,該系統的主要改進(jìn)部分如下:
1)將ZRJ-03系統的一級低電勢掃描器/控制器更換為二級低電勢掃描器/控制器,主低電勢掃描開(kāi)關(guān)用于各檢定爐熱電偶信號的多選一.分時(shí)選通各檢定爐電路。分低電勢掃描開(kāi)關(guān)用于每個(gè)檢定爐中各只被檢熱電偶和標準熱電偶信號的多選一,實(shí)現熱電偶信號的掃描測量功能。二級低電勢掃描器/控制器通過(guò)RS-485工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)與計算機通信,接受計算機的控制。通過(guò)二級低電勢掃描器/控制器,該系統能同時(shí)控制2臺檢定爐,每臺檢定爐能檢定1~10支熱電偶。2)溫度控制系統采用具有RS4-85通信功能的日本島電SR-253智能PID調節器作為溫度控制器,采用SsR作為功率輸出單元,實(shí)現精度高交流過(guò)零觸發(fā),無(wú)高次諧波干擾。功率輸出相對分辨率優(yōu)于1/1000。
3)數字表接口采用的是RS-232接口。
4)短爐加熱電壓為110V,保證了短爐控溫的平穩。
1.3DTZ-01型雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統概述
　　DTZ-01型雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTZ-01)組成與ZRJ-04基本相同。其測量精度為+(0.005%xRead-ing+0.0035%xRange),其余主要技術(shù)指標與表1相同。
　　該系統計算機與多通道低電勢掃描器、數字表的連接采用2個(gè)RS-232串行接口,系統采用PCI接口RS-232接口卡進(jìn)行擴展;與熱電偶檢定爐控溫裝置、恒溫水槽、恒溫油槽的連接采用RS-485串行接口,系統采用PCI接口RS-485接口卡進(jìn)行擴展。
2制約熱電偶自動(dòng)檢定裝置檢定效率的原因
2.1原有檢定系統不能同時(shí)工作,效率低
　　原有的3套熱電偶檢定系統各自的工作原理不同,隨機攜帶的檢定爐接線(xiàn)連接混亂,工作效率低。主要體現在以下幾個(gè)方面:
1)各自的控溫原理不同。ZRJ-03是利用標準熱電偶進(jìn)行控溫的,而ZRJ-04和DTZ-01采用的是控溫偶進(jìn)行控溫的。由于各自的控溫模型不同,各檢定點(diǎn)的控溫時(shí)間也不相同?？販卦聿煌瑢е逻@3套檢定系統不能相互兼容。
2)原有的3套檢定系統可攜帶的檢定爐數量都是固定的:ZRJ-03攜帶1個(gè)檢定爐,ZRJ-04攜帶2個(gè)檢定爐,DTZ-01攜帶2個(gè)檢定爐。各檢定系統只能對本身攜帶的檢定爐進(jìn)行控溫,不能對其他2套檢定系統的檢定爐進(jìn)行控溫,并且每個(gè)檢定爐檢定完畢后從高溫降到200。C以下需要兩個(gè)多小時(shí),這就導致在檢定爐降溫期間檢定系統處于閑置狀態(tài),進(jìn)而影響檢定效率。
2.2原有檢定系統接線(xiàn)混亂，影響檢定效率
由于原有3套檢定系統是在不同時(shí)期投人使用的,沒(méi)有經(jīng)過(guò)統一的規劃,各檢定系統互相獨立,布線(xiàn)不規范,信號線(xiàn)和電源線(xiàn)相互穿插。與此同時(shí),被檢的工作熱電偶長(cháng)短各異、接線(xiàn)端子完好狀態(tài)不同。這就導致在熱電偶檢定出現意外情況時(shí)只能逐項排除,查找問(wèn)題低效,而且有可能在故障排除時(shí)帶來(lái)新的問(wèn)題,致使查找原因變得更加復雜。這也是影響檢定效率的-一個(gè)重要原因。
2.3原有系統操作復雜
　　原有3套檢定系統沒(méi)有進(jìn)行整合,各自的操作程序不同，.操作復雜。同時(shí)檢定員對各檢定系統的熟悉程度不同,很容易出現錯誤操作。
　　此外,原有3套檢定系統實(shí)時(shí)監測不完善,信號線(xiàn)和電源線(xiàn)沒(méi)有隔離開(kāi)。接地系統不同使得原有檢定裝置存在漏電、燒壞檢定爐、著(zhù)火等安全隱患。
3熱電偶自動(dòng)檢定裝置的優(yōu)化改造
針對分析出的問(wèn)題,制定了優(yōu)化改造方案,主要有以下幾個(gè)方面。
3.1制作檢定爐控制系統
　　根據各系統的檢定時(shí)間,結合需要檢定的熱電偶的尺寸及數量,在保證正常連續工作的基礎上,配備了8個(gè)檢定爐(2短6長(cháng)),并對所有檢定爐進(jìn)行統--規劃、統-一編號,制作了明細的標識,還對3個(gè)檢定系統進(jìn)行了統一-的標識。另外，還在檢定系統的控制部分和檢定爐之間增加了檢定爐控制系統。該檢定爐控制系統主要由兩部分組成:一個(gè)是檢定系統連接部分,另一個(gè)是檢定爐連接部分。
　　在檢定系統開(kāi)始工作后,需要對檢定爐控制系統進(jìn)行自上而下的工作狀態(tài)確認，在故障發(fā)生之前就將故障查出并加以排除,將事故消除在萌芽狀態(tài)，從而提高檢定效率。
3.1.1檢定系統連接部分主要組成
1)系統運行指示燈(見(jiàn)圖1)共有3個(gè),分別對應3個(gè)檢定系統。該指示燈用來(lái)顯示3個(gè)檢定系統的上電狀態(tài),只要檢.定系統總電源接通,相應的指示燈就會(huì )點(diǎn)亮。
 
2)控制回路開(kāi)關(guān)(見(jiàn)圖2)共有5個(gè),分別對應5個(gè)加熱控制回路。該開(kāi)關(guān)用來(lái)控制加熱控制電路的通與斷,并對整個(gè)控制回路做過(guò)流保護。
 
3)電壓指示燈(見(jiàn)圖3)共有5個(gè),分別對應5個(gè)加熱控制回路。該指示燈用來(lái)顯示5路加熱控制回路在接人檢定爐前是否正常工作。只要各檢定回路在接人檢定爐之前能夠正常.進(jìn)行加熱控制,相應的指示燈就會(huì )間歇式點(diǎn)亮,否則該指示燈不亮,需檢查相應的控制回路。
 
4)電流指示燈(見(jiàn)圖4)共有5個(gè),分別對應5個(gè)加熱控制回路。該指示燈用來(lái)顯示5路加熱控制電路的通斷,判斷各路所控制的檢定爐能否正常加熱控溫。如果該指示燈間歇式點(diǎn)亮就表明該路加熱控制回路控制正常,加熱爐加熱控溫正常,否則,應從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析:
①檢定爐連接部分的爐電壓指示燈不亮,說(shuō)明檢定系統連接部分和檢定爐連接部分沒(méi)有連接上,需檢查這兩部分之間的連接線(xiàn),確認其上下連接部分接觸良好。②檢定爐連接部分的爐電壓指示燈間歇點(diǎn)亮,說(shuō)明從檢定爐控制系統到檢定爐之間加熱控溫不正常,-般需檢查檢定爐的接線(xiàn)是否良好或者檢定爐是否損壞。
5)輸出插座(見(jiàn)圖5)共有5個(gè),分別對應5個(gè)加熱控制回路,用來(lái)輸出相應回路的加熱控溫電源。
 
3.1.2檢定爐連接部分
1)爐接口插座(見(jiàn)圖6)共有8個(gè),分別對應8個(gè)檢定爐，用來(lái)接受加熱控溫電源
 
2)爐電壓指示燈(見(jiàn)圖7)共8個(gè),分別對應8個(gè)檢定爐。該指示燈主要用來(lái)判斷檢定系統連接部分和檢定爐連接部分是否連接,如果該燈間歇式點(diǎn)亮,則說(shuō)明這兩部分連接正常。
 
　　檢定系統連接部分和檢定爐連接部分是由控制連接線(xiàn)連接的。為確保安全,該線(xiàn)采用了子母頭的設計,為了便于識別,每條控制連接線(xiàn)都做了不同標識。
3.1.3檢定爐控制系統的主要功能
1)能夠使3套熱電偶檢定系統同時(shí)工作,并同時(shí)對8臺檢定爐中的任意5臺檢定爐進(jìn)行加熱控溫。2)通過(guò)該系統,每個(gè)檢定系統都能對8個(gè)檢定爐進(jìn)行控溫操作,消除了檢定爐不能共享而制約熱電偶檢定速度的問(wèn)題。3)系統安全性得到了提高。原有3套系統之間各自獨立,互相干擾,并且在每次檢定后切換檢定爐時(shí)存在安全隱患。該系統完全消除了這些隱患。4)檢定系統發(fā)生故障時(shí)查找更加方便快捷。崗位檢定人員能夠迅速判斷故障發(fā)生的位置并加以排除。
3.1.4檢定爐控制系統的使用
　　該檢定爐控制系統使用簡(jiǎn)單快捷。在使用時(shí)只需將需要工作的熱電偶自動(dòng)檢定系統中的控制回路的開(kāi)關(guān)接通,并利用控制連接線(xiàn)將相應控制回路的輸出插座和需要控溫的檢定爐接口插座相連即可。
3.2優(yōu)化線(xiàn)路系統
　　重新優(yōu)化布局了線(xiàn)路系統,消除了控溫系統和采集系統之間互相干擾的問(wèn)題。結合檢定間的實(shí)際情況,將信號電路和電源電路分開(kāi)進(jìn)行了優(yōu)化布局,消除了控溫系統和采集系統之間相互干擾的問(wèn)題。與此同時(shí),最大限度地減少了明線(xiàn),確保了檢定爐周?chē)恼麧嵏蓛?消除了火災隱患。
3.3更新數據采集系統接線(xiàn)夾
　　熱電偶與數據采集線(xiàn)之間的連接質(zhì)量直接關(guān)系到檢定結果的準確性。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調查和多次試驗,選擇了合適的熱電偶接線(xiàn)夾,對每條數據采集線(xiàn)進(jìn)行了精心的焊接,減小了熱電偶與數據采集線(xiàn)之間的接觸電勢,降低了熱電偶接線(xiàn)時(shí)短路的概率，提高了檢定質(zhì)量。
3.4優(yōu)化檢定流程,制定新的檢定程序
　　根據改造后的設備運行情況,優(yōu)化檢定流程,提高檢定效率。從熱電偶的收發(fā)、外觀(guān)檢查、型號的確認、熱電偶的捆綁、標準器的選擇、被檢偶和標準偶的接線(xiàn)、檢定軟件的啟動(dòng)和監視運行,以及檢定結束后現場(chǎng)的處理等方面都制定了詳細的流程,還對接口卡的安裝、接地線(xiàn)的處理、檢定系統內部的接線(xiàn)等方面進(jìn)行了優(yōu)化改造。
4熱電偶自動(dòng)檢定裝置優(yōu)化改造后的運行情況
1)系統運行效率急劇上升。一天最高完成了25爐130多支熱電偶的檢定工作。2)故障率急劇下降。3)安全得到了可靠的保障。在一個(gè)多月的大負荷工作情況下,沒(méi)有損壞一臺設備,沒(méi)有發(fā)生任何安全事件。4)操作更加簡(jiǎn)單快捷,檢定員對每套檢定系統的操作都很熟悉。
　　總之,通過(guò)這次優(yōu)化改造,熱電偶自動(dòng)檢定裝置經(jīng)受住了考驗,為熱電偶的自動(dòng)檢定提供了一個(gè)良好的范本。