熱電偶、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統的

摘要:為了實(shí)現批量檢測不同型號熱電偶熱電阻及一體化變送器，設計并實(shí)現了一種群控檢測系統,通過(guò)低電勢掃描開(kāi)關(guān)提高寄生電勢,從而提高了測量精度，結合計算機運行實(shí)現熱電偶的多爐自動(dòng)檢定。系統測試精度高,操作界面友好,大大提高了檢定效率。
0引言
　　熱電偶溫度計及一體化溫度變送器廣泛應用于科學(xué)研究及工業(yè)生產(chǎn)中，在長(cháng)期的使用過(guò)程中，熱電偶及一體化溫度變送器的測溫特性會(huì )發(fā)生改變，導致其溫度數據失真,誤差增大。為了保證其量值正確,需要根據檢定規程對其進(jìn)行定期的檢定和校準。人工檢定熱電偶及一體化溫度變送器不僅費時(shí)較長(cháng)，而且檢定結果的正確性受檢定人員的經(jīng)驗影響。隨著(zhù)科技的發(fā)展，自動(dòng)檢定系統應運而生,大大提高了檢定效率,檢定結果的正確性也有了一定程度的提高。
　　本套系統在原來(lái)熱電偶自動(dòng)檢定系統的基礎.上進(jìn)行了創(chuàng )新升級,利用接口技術(shù)實(shí)現了先進(jìn)的計算機控制,可控制1~10臺檢定爐或恒溫槽同時(shí)進(jìn)行熱電偶的自動(dòng)檢定,配置相應的熱電阻檢定系統軟件及專(zhuān)用接線(xiàn)臺也可同時(shí)開(kāi)展熱電.阻、熱電偶、一體化溫度變送器檢定(具有分批檢定功能,最多10批)。在結構上增加了分級低電勢掃描開(kāi)關(guān)與掃描控制系統,各檢定爐或恒溫槽分別采用RS485總線(xiàn)智能儀表和SSR進(jìn)行控溫,其溫度設定、PID參數設置等均可遙控完成,并由上位計算機進(jìn)行集中控制。檢定過(guò)程中，系統在計算機的控制下自動(dòng)完成各檢定爐或恒溫槽各溫度點(diǎn)的連續控溫工作,無(wú)需人工干預,顯著(zhù)提高了整套系統的測量精度和可靠性,降低了測量結果不確定度。
1系統工作原理
　　群控檢測系統以低電勢掃描開(kāi)關(guān)作為控制核心,通過(guò)對專(zhuān)用軟件的操作,計算機通過(guò)RS485專(zhuān)用通信板與數字多用表通信,選擇相應檢定爐或恒溫槽對應的低電勢掃描開(kāi)關(guān),通過(guò)低電勢掃描開(kāi)關(guān)選擇相應通道信號，對數據信號做出相應處理，輸出控制信號,通過(guò)調功器對檢定爐或恒溫槽進(jìn)行控溫,精密控溫完成以后,檢測系統會(huì )對標準熱電偶或標準熱電阻通過(guò)數字多用表傳來(lái)的溫度信號與控溫熱電偶或控溫熱電阻的溫度信號進(jìn)行對比，判斷溫度穩定性，達到檢定恒溫要求后,系統會(huì )控制兩級低電勢掃描開(kāi)關(guān)采集數據,計算機對所采集的數據,通過(guò)計算處理,再做出合格判定,并保存數據。
　　群控檢測系統自動(dòng)進(jìn)行控溫數據記錄和顯示，既可集中顯示各檢定爐或恒溫槽的控溫參數,又可分別詳細顯示不同檢定爐或恒溫槽的工作狀態(tài)與控溫參數,并自動(dòng)繪制控溫曲線(xiàn)。自動(dòng)實(shí)現數椐采.集、處理、傳送、存儲和文檔管理及自動(dòng)生成檢定證書(shū)等功能。
2系統硬件設計
2.1高溫熱電偶群控檢測系統的組成
　　高溫熱電偶群控檢測系統主要分為三大模塊:控溫模塊、數據采集模塊、數據處理模塊。其中控溫模塊包括檢定爐、調功器、控溫熱電偶、智能儀表;數據采集模塊包括低電勢掃描開(kāi)關(guān)、數字萬(wàn)用表;數據處理模塊包括計算機、打印機。讀取直流電壓信號,并加以自動(dòng)化處理。系統框圖如圖1所示。
 
2.2低溫熱電偶、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統組成
　　低溫熱電偶、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統主要分為三大模塊:控溫模塊、數據采集模塊、數據處理模塊。其中控溫模塊包括恒溫槽、調功器控溫熱電偶、智能儀表;數據采集模塊包括低電勢掃描開(kāi)關(guān)、數字萬(wàn)用表;數據處理模塊包括計算機、打印機。讀取直流電壓信號,并加以自動(dòng)化處理。系統框圖如圖2所示。
 
2.3硬件設計關(guān)鍵環(huán)節
2.3.1低電勢掃描開(kāi)關(guān)
　　在群控檢測系統采用低電勢掃描開(kāi)關(guān),改進(jìn)后的掃描開(kāi)關(guān)性能更加優(yōu)良，可長(cháng)期保證寄生電勢小于等于0.2μV。通過(guò)此項改進(jìn),減小了寄生電勢對熱電偶mV信號值的影響,提高了系統的可靠性,降低了測量結果不確定度。
　　掃描器為12點(diǎn)雙通道(或四線(xiàn)制)結構,連接兩臺檢定爐或恒溫槽，在實(shí)現相同功能情況下,整機體積縮小,控制電路結構簡(jiǎn)化，系統可靠性提高，擴展功能增強,標準化程度提高。
2.3.2數字多用表
　　本系統采用了KETTHLEY2002八位半數字多用表,由于系統降低了寄生電勢影響,使數字多用表得到的回傳數據更加正確、穩定，直流電壓測量最大允許誤差達到(1.9x10^-5x讀數+9x10^-6x量程)mV,直流電流測量最大允許誤差達到(3.5x10^-4x讀數+2x10^-5x量程)mA,直流電阻測量最大允許誤差達到(1.7x10^-5x讀數+4x10^-9x量程)Ω。
2.3.3綜合接線(xiàn)臺
　　綜合接線(xiàn)臺兼容了所有熱電偶、熱電阻,內含三線(xiàn)制電阻轉換器,解決了檢定工作中繁瑣的接線(xiàn)問(wèn)題,提高了工作效率。
　　使用綜合接線(xiàn)臺可選擇二線(xiàn)、三線(xiàn)、四線(xiàn)制熱電阻的接線(xiàn);檢定三線(xiàn)制熱電阻時(shí)，為減少引線(xiàn)電阻影響,按照規程要求,系統程控接線(xiàn)臺可自動(dòng)切換含一根或兩根內引線(xiàn)電阻的接線(xiàn)方式,無(wú)需手動(dòng)更換接線(xiàn)。
2.3.4一體化溫度變送器校準
　　群控檢測系統通過(guò)改進(jìn)軟硬件,實(shí)現了對一體化溫度變送器的校準,可校準配熱電偶或熱電阻的一體化溫度變送器:0~10mA、4~20mA、1~5V等,系統在硬件結構.上增加了24V電源輸出,實(shí)現對一體化溫度變送器的供電。
3系統軟件設計
3.1程序設計
　　系統程序流程圖如圖3所示。
 
3.2軟件設計關(guān)鍵環(huán)節
3.2.1檢定爐或恒溫槽控制
　　熱電偶檢定對爐溫穩定性和熱電阻檢定對恒溫槽溫度穩定性要求較高，系統設計了一套專(zhuān)業(yè)PID算法,擴大了檢定爐或恒溫槽的恒溫區,通過(guò)對調功器的調節，可保證檢定爐或恒溫槽溫度在達到檢定溫度后,爐溫波動(dòng)不超過(guò)0.2℃,恒溫槽溫度波動(dòng)不超過(guò)0.04℃。
3.2.2測量精度
　　轉換開(kāi)關(guān)的寄生電勢直接影響熱電偶的mV信號值,系統通過(guò)對低電勢掃描開(kāi)關(guān)的改進(jìn)大大減小了掃描開(kāi)關(guān)對熱電偶的mV信號值的影響，可長(cháng)期保證寄生電勢小于等于0.3μV,從而可支持八位半數字多用表,顯著(zhù)提高了測量精度。
3.2.3四線(xiàn)制電阻測量法
　　四線(xiàn)制電阻測量法徹底消除外接引線(xiàn)電阻。在四線(xiàn)制(四刀)多點(diǎn)轉換開(kāi)關(guān)的基礎上,增加四線(xiàn)制(四刀)換向開(kāi)關(guān)。測量時(shí),正程與反程采用不同的電流流向,使電阻引線(xiàn)上寄生電勢產(chǎn)生相反極性的疊加,最后通過(guò)算術(shù)平均值的計算,有效消除標準、被檢電阻引線(xiàn)，上寄生電勢對測量的影響。
3.2.4增加溫度變送器校準軟件
　　通過(guò)軟件設計增加了對JJF1183--2007《溫度變送器校準規范》的支持，可按照此規范實(shí)現對一-體化溫度變送器的自動(dòng)檢定/校準,實(shí)現數據的自動(dòng)計算、自動(dòng)判定，自動(dòng)生成校準記錄及報告。
4結束語(yǔ)
　　群控檢測系統利用接口技術(shù)實(shí)現了先進(jìn)的計算機控制,可控制1~10臺檢定爐或恒溫槽同時(shí)進(jìn)行熱電偶的自動(dòng)檢定，可同時(shí)開(kāi)展熱電阻、熱電偶、--體化溫度變送器檢定或校準(具有分批檢定功能,最多10批)。檢定過(guò)程中,系統在計算機的控制下自動(dòng)完成各檢定爐或恒溫槽各溫度點(diǎn)的連續檢定工作,無(wú)需人工干預,具有廣闊的應用前景。