基于恒溫油槽的熱電偶自動檢定系統(tǒng)設計

摘要:根據低溫熱電偶實驗室校準需求,介紹了低溫熱電偶自動檢定系統(tǒng)的設計與研發(fā)過程。并通過該系統(tǒng),將低溫熱電偶的校準方式由手動提升為自動,提高了校準效率。為驗證該系統(tǒng)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行對比,驗證結果為滿意,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,需對熱電偶進行校準。由于日常低溫熱電偶(300℃以下溫區(qū)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,但目前實驗室僅在校準300C以上溫區(qū)熱電偶時,使用群爐熱電偶自動檢定系統(tǒng),基于恒溫油槽的低溫熱電偶校準均為手動(包括手動設置恒溫槽溫度、手動讀取數字多用表顯示的熱電勢值，與有自動檢定系統(tǒng)的高溫熱電偶校準相比,校準人員需投人更多的時間和精力。因此,搭建了基于恒溫油槽的低溫熱電偶自動檢定系統(tǒng),實現(xiàn)了低溫熱電偶的自動檢定/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自動檢定系統(tǒng)簡介
1.1系統(tǒng)組成及功能
(1)計算機:開發(fā)軟件程序，與恒溫槽、數字多用表、堆棧式測溫儀通訊,實現(xiàn)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近似的均勻溫場。
(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。
(4)標準鉑電阻溫度計:測量恒溫槽的實際溫度(校準溫度點附近)。
(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(tǒng)工作原理(見圖1)
 
　　采用比較法進行校準,將被校熱電偶與測量標準置于恒溫槽中,測量標準感溫點與被校熱電偶測量端置于有效工作區(qū)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用導線連接后,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±0.5℃以內、溫度變化≤0.05℃/min時開始讀數,讀數順序見圖2。
 
　　每支被校熱電偶的讀數不少于4次,且每一校準溫點的整個讀數中,溫度變化應不大于0.1℃。通過標準鉑電阻溫度計測得電阻值,可知恒溫槽與校準溫度點的偏差為:
 
　　式中:△t---恒溫槽實測溫度與校準點溫度之差,℃;tn---校準點溫度,℃;t´---校準時，恒溫槽.的實測溫度(接近tn),℃;Rt、Rtp---標準鉑電阻在實際溫度點和水三相點測得的電阻值,Ω;W^s_tn---標準鉑電阻在校準溫度點tn的電阻比值;(dW^s_t/dt)t=tn---標準鉑電阻在校準溫度點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的電勢值E(tn)為:
 
　　校準結果處理:標準鉑電阻溫度計的實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(tǒng)搭建過程
2.1硬件搭建
　　整個系統(tǒng)硬件搭建過程包括三個部分,即:
(1)計算機與油槽通訊:二者連接成功后,通過計算機編程,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，實現(xiàn)目標校準溫度點的自動設置。
(2)計算機與數字多用表通訊:二者連接成功后,通過計算機編程,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測溫度,得到與校準溫度點的偏差,并填人原始記錄表格,實現(xiàn)恒溫槽實測溫度的自動記錄。
(3)計算機與堆棧式測溫儀通訊:二者連接成功后,通過計算機編程，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，實現(xiàn)被校熱電偶熱電勢值的自動讀取和記錄。
2.2軟件搭建
　　該系統(tǒng)基于VB6.0軟件開發(fā)平臺，程序框架見圖2。由于實際工作中多為2個校準溫度點,因此以1個和2個校準溫度點為例。
 
 
3系統(tǒng)工作過程
　　系統(tǒng)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用導線連接,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(qū)的玻璃管底部，再將熱電偶參考端(熱電偶與導線連接處)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與數字多用表連接。運行程序時，系統(tǒng)主界面見圖3,其工作過程按程序框架執(zhí)行。
 
4系統(tǒng)驗證
　　利用歸一化偏差En驗證該系統(tǒng)的可靠性。選取1支工作用銅-銅鎳熱電偶,將系統(tǒng)進行自動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行比對,見表1。
 
5結束語
　　通過建立基于油槽的低溫熱電偶自動檢定系統(tǒng),改變了低溫熱電偶的手動校準現(xiàn)狀,并與上級計量站校準結果進行比對，驗證了該系統(tǒng)開展低溫熱電偶自動校準工作的可靠性,可將其應用于低溫熱電偶的日常檢定/校準工作中。