基于恒溫油槽的熱電偶自動(dòng)檢定系統設計

摘要:根據低溫熱電偶實(shí)驗室校準需求,介紹了低溫熱電偶自動(dòng)檢定系統的設計與研發(fā)過(guò)程。并通過(guò)該系統,將低溫熱電偶的校準方式由手動(dòng)提升為自動(dòng),提高了校準效率。為驗證該系統的可靠性,將其與上級計量站對同一支熱電偶的校準結果進(jìn)行對比,驗證結果為滿(mǎn)意,可將其應用于低溫熱電偶的日常校準工作。
0引言
　　熱電偶常用于發(fā)動(dòng)機整機及零部件試驗中的溫度參數測量,因此,為保證測量的準確可靠,需對熱電偶進(jìn)行校準。由于日常低溫熱電偶(300℃以下溫區的鎧裝熱電偶、廉金屬熱電偶、工作用銅-銅鎳熱電偶)的校準工作中,需采用恒溫油槽提供均勻溫場(chǎng),但目前實(shí)驗室僅在校準300C以上溫區熱電偶時(shí),使用群爐熱電偶自動(dòng)檢定系統,基于恒溫油槽的低溫熱電偶校準均為手動(dòng)(包括手動(dòng)設置恒溫槽溫度、手動(dòng)讀取數字多用表顯示的熱電勢值，與有自動(dòng)檢定系統的高溫熱電偶校準相比,校準人員需投人更多的時(shí)間和精力。因此,搭建了基于恒溫油槽的低溫熱電偶自動(dòng)檢定系統,實(shí)現了低溫熱電偶的自動(dòng)檢定/校準,從而減少不必要的人力投人，提高了低溫熱電偶校準效率。
1自動(dòng)檢定系統簡(jiǎn)介
1.1系統組成及功能
(1)計算機:開(kāi)發(fā)軟件程序，與恒溫槽、數字多用表、堆棧式測溫儀通訊,實(shí)現對恒溫槽的溫度控制，讀取數字多用表及堆棧式測溫儀的測量值。
(2)恒溫槽:為被校熱電偶測量端提供與校準溫度點(diǎn)近似的均勻溫場(chǎng)。
(3)零度恒溫器:為被校熱電偶參考端提供近似0℃的均勻溫場(chǎng)。
(4)標準鉑電阻溫度計:測量恒溫槽的實(shí)際溫度(校準溫度點(diǎn)附近)。
(5)數字多用表:測量標準鉑電阻溫度計的電阻值。
(6)堆棧式測溫儀:測量被校熱電偶的熱電勢值。
1.2系統工作原理(見(jiàn)圖1)
 
　　采用比較法進(jìn)行校準,將被校熱電偶與測量標準置于恒溫槽中,測量標準感溫點(diǎn)與被校熱電偶測量端置于有效工作區域的同一水平位置,插人深度≥200mm;將被校熱電偶參考端與堆棧式測溫儀的專(zhuān)用導線(xiàn)連接后,置于零度恒溫器內,插人深度≥150mm。當測量標準溫度偏離校準溫度點(diǎn)±0.5℃以?xún)?、溫度變?le;0.05℃/min時(shí)開(kāi)始讀數,讀數順序見(jiàn)圖2。
 
　　每支被校熱電偶的讀數不少于4次,且每一校準溫點(diǎn)的整個(gè)讀數中,溫度變化應不大于0.1℃。通過(guò)標準鉑電阻溫度計測得電阻值,可知恒溫槽與校準溫度點(diǎn)的偏差為:
 
　　式中:△t---恒溫槽實(shí)測溫度與校準點(diǎn)溫度之差,℃;tn---校準點(diǎn)溫度,℃;t´---校準時(shí)，恒溫槽.的實(shí)測溫度(接近tn),℃;Rt、Rtp---標準鉑電阻在實(shí)際溫度點(diǎn)和水三相點(diǎn)測得的電阻值,Ω;W^s_tn---標準鉑電阻在校準溫度點(diǎn)tn的電阻比值;(dW^s_t/dt)t=tn---標準鉑電阻在校準溫度點(diǎn)的電阻比值對溫度的變化率。
　　由此可得,被校熱電偶在校準溫度點(diǎn)的電勢值E(tn)為:
 
　　校準結果處理:標準鉑電阻溫度計的實(shí)測溫度保留兩位小數,被校熱電偶的熱電勢保留3位小數，示值誤差和不確定度均保留1位小數。
系統搭建過(guò)程
2.1硬件搭建
　　整個(gè)系統硬件搭建過(guò)程包括三個(gè)部分,即:
(1)計算機與油槽通訊:二者連接成功后,通過(guò)計算機編程,輸出設置恒溫槽溫度的命令,將人工操作恒溫槽前面板的控制鍵轉化為程序操作，實(shí)現目標校準溫度點(diǎn)的自動(dòng)設置。
(2)計算機與數字多用表通訊:二者連接成功后,通過(guò)計算機編程,輸出讀取數字多用表測得值的命令,將讀取的標準鉑電阻溫度計的電阻值轉換為恒溫槽實(shí)測溫度,得到與校準溫度點(diǎn)的偏差,并填人原始記錄表格,實(shí)現恒溫槽實(shí)測溫度的自動(dòng)記錄。
(3)計算機與堆棧式測溫儀通訊:二者連接成功后,通過(guò)計算機編程，輸出讀取堆棧式測溫儀測得值的命令,將人工讀取電測設備測得的被校熱電偶熱電勢值轉化為程序讀取,并填人原始記錄表格，實(shí)現被校熱電偶熱電勢值的自動(dòng)讀取和記錄。
2.2軟件搭建
　　該系統基于VB6.0軟件開(kāi)發(fā)平臺，程序框架見(jiàn)圖2。由于實(shí)際工作中多為2個(gè)校準溫度點(diǎn),因此以1個(gè)和2個(gè)校準溫度點(diǎn)為例。
 
 
3系統工作過(guò)程
　　系統工作前,需先將被校熱電偶按順序與堆棧式測溫儀各通道的專(zhuān)用導線(xiàn)連接,然后將熱電偶測量端(熱電偶兩極焊接處)插人恒溫槽恒溫區的玻璃管底部，再將熱電偶參考端(熱電偶與導線(xiàn)連接處)插人零度恒溫器,最后將標準鉑電阻溫度計插人恒溫槽,并將鉑電阻引出的四根導線(xiàn)與數字多用表連接。運行程序時(shí)，系統主界面見(jiàn)圖3,其工作過(guò)程按程序框架執行。
 
4系統驗證
　　利用歸一化偏差En驗證該系統的可靠性。選取1支工作用銅-銅鎳熱電偶,將系統進(jìn)行自動(dòng)校準和送至國防軍工2111二級計量站校準得到的100℃、200℃的校準數據及測得值的不確定度兩組數據進(jìn)行比對,見(jiàn)表1。
 
5結束語(yǔ)
　　通過(guò)建立基于油槽的低溫熱電偶自動(dòng)檢定系統,改變了低溫熱電偶的手動(dòng)校準現狀,并與上級計量站校準結果進(jìn)行比對，驗證了該系統開(kāi)展低溫熱電偶自動(dòng)校準工作的可靠性,可將其應用于低溫熱電偶的日常檢定/校準工作中。