熱電偶、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統(tǒng)的

摘要:為了實現(xiàn)批量檢測不同型號熱電偶熱電阻及一體化變送器，設(shè)計并實現(xiàn)了一種群控檢測系統(tǒng),通過低電勢掃描開關(guān)提高寄生電勢,從而提高了測量精度，結(jié)合計算機運行實現(xiàn)熱電偶的多爐自動檢定。系統(tǒng)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(yīng)用于科學(xué)研究及工業(yè)生產(chǎn)中，在長期的使用過程中，熱電偶及一體化溫度變送器的測溫特性會發(fā)生改變，導(dǎo)致其溫度數(shù)據(jù)失真,誤差增大。為了保證其量值正確,需要根據(jù)檢定規(guī)程對其進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較長，而且檢定結(jié)果的正確性受檢定人員的經(jīng)驗影響。隨著科技的發(fā)展，自動檢定系統(tǒng)應(yīng)運而生,大大提高了檢定效率,檢定結(jié)果的正確性也有了一定程度的提高。
　　本套系統(tǒng)在原來熱電偶自動檢定系統(tǒng)的基礎(chǔ).上進行了創(chuàng)新升級,利用接口技術(shù)實現(xiàn)了先進的計算機控制,可控制1~10臺檢定爐或恒溫槽同時進行熱電偶的自動檢定,配置相應(yīng)的熱電阻檢定系統(tǒng)軟件及專用接線臺也可同時開展熱電.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(jié)構(gòu)上增加了分級低電勢掃描開關(guān)與掃描控制系統(tǒng),各檢定爐或恒溫槽分別采用RS485總線智能儀表和SSR進行控溫,其溫度設(shè)定、PID參數(shù)設(shè)置等均可遙控完成,并由上位計算機進行集中控制。檢定過程中，系統(tǒng)在計算機的控制下自動完成各檢定爐或恒溫槽各溫度點的連續(xù)控溫工作,無需人工干預(yù),顯著提高了整套系統(tǒng)的測量精度和可靠性,降低了測量結(jié)果不確定度。
1系統(tǒng)工作原理
　　群控檢測系統(tǒng)以低電勢掃描開關(guān)作為控制核心,通過對專用軟件的操作,計算機通過RS485專用通信板與數(shù)字多用表通信,選擇相應(yīng)檢定爐或恒溫槽對應(yīng)的低電勢掃描開關(guān),通過低電勢掃描開關(guān)選擇相應(yīng)通道信號，對數(shù)據(jù)信號做出相應(yīng)處理，輸出控制信號,通過調(diào)功器對檢定爐或恒溫槽進行控溫,精密控溫完成以后,檢測系統(tǒng)會對標準熱電偶或標準熱電阻通過數(shù)字多用表傳來的溫度信號與控溫?zé)犭娕蓟蚩販責(zé)犭娮璧臏囟刃盘栠M行對比，判斷溫度穩(wěn)定性，達到檢定恒溫要求后,系統(tǒng)會控制兩級低電勢掃描開關(guān)采集數(shù)據(jù),計算機對所采集的數(shù)據(jù),通過計算處理,再做出合格判定,并保存數(shù)據(jù)。
　　群控檢測系統(tǒng)自動進行控溫數(shù)據(jù)記錄和顯示，既可集中顯示各檢定爐或恒溫槽的控溫參數(shù),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(shù),并自動繪制控溫曲線。自動實現(xiàn)數(shù)椐采.集、處理、傳送、存儲和文檔管理及自動生成檢定證書等功能。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1高溫?zé)犭娕既嚎貦z測系統(tǒng)的組成
　　高溫?zé)犭娕?/a>群控檢測系統(tǒng)主要分為三大模塊:控溫模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。其中控溫模塊包括檢定爐、調(diào)功器、控溫?zé)犭娕?、智能儀表;數(shù)據(jù)采集模塊包括低電勢掃描開關(guān)、數(shù)字萬用表;數(shù)據(jù)處理模塊包括計算機、打印機。讀取直流電壓信號,并加以自動化處理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
 
2.2低溫?zé)犭娕?、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統(tǒng)組成
　　低溫?zé)犭娕?、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統(tǒng)主要分為三大模塊:控溫模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。其中控溫模塊包括恒溫槽、調(diào)功器控溫?zé)犭娕?、智能儀表;數(shù)據(jù)采集模塊包括低電勢掃描開關(guān)、數(shù)字萬用表;數(shù)據(jù)處理模塊包括計算機、打印機。讀取直流電壓信號,并加以自動化處理。系統(tǒng)框圖如圖2所示。
 
2.3硬件設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)
2.3.1低電勢掃描開關(guān)
　　在群控檢測系統(tǒng)采用低電勢掃描開關(guān),改進后的掃描開關(guān)性能更加優(yōu)良，可長期保證寄生電勢小于等于0.2μV。通過此項改進,減小了寄生電勢對熱電偶mV信號值的影響,提高了系統(tǒng)的可靠性,降低了測量結(jié)果不確定度。
　　掃描器為12點雙通道(或四線制)結(jié)構(gòu),連接兩臺檢定爐或恒溫槽，在實現(xiàn)相同功能情況下,整機體積縮小,控制電路結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)可靠性提高，擴展功能增強,標準化程度提高。
2.3.2數(shù)字多用表
　　本系統(tǒng)采用了KETTHLEY2002八位半數(shù)字多用表,由于系統(tǒng)降低了寄生電勢影響,使數(shù)字多用表得到的回傳數(shù)據(jù)更加正確、穩(wěn)定，直流電壓測量最大允許誤差達到(1.9x10^-5x讀數(shù)+9x10^-6x量程)mV,直流電流測量最大允許誤差達到(3.5x10^-4x讀數(shù)+2x10^-5x量程)mA,直流電阻測量最大允許誤差達到(1.7x10^-5x讀數(shù)+4x10^-9x量程)Ω。
2.3.3綜合接線臺
　　綜合接線臺兼容了所有熱電偶、熱電阻,內(nèi)含三線制電阻轉(zhuǎn)換器,解決了檢定工作中繁瑣的接線問題,提高了工作效率。
　　使用綜合接線臺可選擇二線、三線、四線制熱電阻的接線;檢定三線制熱電阻時，為減少引線電阻影響,按照規(guī)程要求,系統(tǒng)程控接線臺可自動切換含一根或兩根內(nèi)引線電阻的接線方式,無需手動更換接線。
2.3.4一體化溫度變送器校準
　　群控檢測系統(tǒng)通過改進軟硬件,實現(xiàn)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(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu).上增加了24V電源輸出,實現(xiàn)對一體化溫度變送器的供電。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1程序設(shè)計
　　系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。
 
3.2軟件設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)
3.2.1檢定爐或恒溫槽控制
　　熱電偶檢定對爐溫穩(wěn)定性和熱電阻檢定對恒溫槽溫度穩(wěn)定性要求較高，系統(tǒng)設(shè)計了一套專業(yè)PID算法,擴大了檢定爐或恒溫槽的恒溫區(qū),通過對調(diào)功器的調(diào)節(jié)，可保證檢定爐或恒溫槽溫度在達到檢定溫度后,爐溫波動不超過0.2℃,恒溫槽溫度波動不超過0.04℃。
3.2.2測量精度
　　轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電勢直接影響熱電偶的mV信號值,系統(tǒng)通過對低電勢掃描開關(guān)的改進大大減小了掃描開關(guān)對熱電偶的mV信號值的影響，可長期保證寄生電勢小于等于0.3μV,從而可支持八位半數(shù)字多用表,顯著提高了測量精度。
3.2.3四線制電阻測量法
　　四線制電阻測量法徹底消除外接引線電阻。在四線制(四刀)多點轉(zhuǎn)換開關(guān)的基礎(chǔ)上,增加四線制(四刀)換向開關(guān)。測量時,正程與反程采用不同的電流流向,使電阻引線上寄生電勢產(chǎn)生相反極性的疊加,最后通過算術(shù)平均值的計算,有效消除標準、被檢電阻引線，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
　　通過軟件設(shè)計增加了對JJF1183--2007《溫度變送器校準規(guī)范》的支持，可按照此規(guī)范實現(xiàn)對一-體化溫度變送器的自動檢定/校準,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動計算、自動判定，自動生成校準記錄及報告。
4結(jié)束語
　　群控檢測系統(tǒng)利用接口技術(shù)實現(xiàn)了先進的計算機控制,可控制1~10臺檢定爐或恒溫槽同時進行熱電偶的自動檢定，可同時開展熱電阻、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)。檢定過程中,系統(tǒng)在計算機的控制下自動完成各檢定爐或恒溫槽各溫度點的連續(xù)檢定工作,無需人工干預(yù),具有廣闊的應(yīng)用前景。