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，設計并實現(xiàn)了一種群控檢測系統(tǒng),通過低電勢掃描開關提高寄生電勢,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用于科學研究及工業(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.上進行了創(chuàng)新升級,利用接口技術實現(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,其溫度設定、PID參數(shù)設置等均可遙控完成,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,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,選擇相應檢定爐或恒溫槽對應的低電勢掃描開關,通過低電勢掃描開關選擇相應通道信號，對數(shù)據(jù)信號做出相應處理，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熱電偶或控溫熱電阻的溫度信號進行對比，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)硬件設計
2.1高溫熱電偶群控檢測系統(tǒng)的組成
　　高溫熱電偶群控檢測系統(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、控溫熱電偶、智能儀表;數(shù)據(jù)采集模塊包括低電勢掃描開關、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低溫熱電偶、熱電阻、一體化溫度變送器檢測系統(tǒng)組成
　　低溫熱電偶、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)功器控溫熱電偶、智能儀表;數(shù)據(jù)采集模塊包括低電勢掃描開關、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硬件設計關鍵環(huán)節(jié)
2.3.1低電勢掃描開關
　　在群控檢測系統(tǒng)采用低電勢掃描開關,改進后的掃描開關性能更加優(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)軟件設計
3.1程序設計
　　系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。
 
3.2軟件設計關鍵環(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的改進大大減小了掃描開關對熱電偶的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)換開關的基礎上,增加四線制(四刀)換向開關。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,具有廣闊的應用前景。