CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統(tǒng)在韶鋼的應(yīng)用

旋石嬋 楊 艷 鄭自成

（寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司 設(shè)備管理部計(jì)量中心，廣東 韶關(guān) 512000）

0 前言

熱電偶是比較常用的溫度檢測傳感器，它具有測量精度高、測量范圍廣、使用方便等的特點(diǎn)，在工業(yè)測量中得到了廣泛的應(yīng)用，它的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到測量數(shù)據(jù)的量值傳遞，因此工業(yè)熱電偶的檢定也就成為了一項(xiàng)非常重要的工作。在傳統(tǒng)熱電偶檢定過程中，是用電位差計(jì)根據(jù)檢定規(guī)程通過手動轉(zhuǎn)換開關(guān)讀取在不同檢定點(diǎn)中標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢值的，檢定步驟、數(shù)據(jù)采集和處理都需要人工完成，這樣的檢定方法需要的檢定時(shí)間比較長，而且容易出錯(cuò)，影響檢定效率。在工程熱電偶數(shù)量及其多且急需投入生產(chǎn)時(shí)難以滿足顧客和企業(yè)的需要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)一種熱電偶自動檢定系統(tǒng)成為了一種趨勢。

CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統(tǒng)是根據(jù)國家現(xiàn)行的計(jì)量檢定規(guī)程，利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制和處理技術(shù)研發(fā)的一種自動檢定裝置，軟件具有開發(fā)界面友好、功能完善、數(shù)據(jù)處理科學(xué)準(zhǔn)確等的特點(diǎn)，系統(tǒng)完全能夠滿足各種工業(yè)熱電偶檢定的需要。

1 系統(tǒng)工作原理及功能

系統(tǒng)的硬件主要是由熱電偶臥式檢定爐、冰點(diǎn)恒溫器、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、低電勢掃描開關(guān)、數(shù)字多用表、退火裝置、退火爐等組成。系統(tǒng)檢定方法是采用雙極比較法進(jìn)行，將被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶捆綁在一起放入檢定爐后，計(jì)算機(jī)通過溫度控制裝置控制爐溫，使?fàn)t溫升到預(yù)定的檢定點(diǎn)附近后，保持?jǐn)?shù)幾分鐘，使熱電偶達(dá)到熱平衡，觀察爐溫的變化情況，當(dāng)爐溫情況達(dá)到了檢定規(guī)程的要求后，系統(tǒng)將會指示數(shù)字多用表進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換，按照規(guī)程要求的順序讀取低電勢掃描開關(guān)各個(gè)通道的數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，通過打印機(jī)打印出來。以下是系統(tǒng)的構(gòu)成圖:

為了能夠滿足檢定規(guī)程的要求和檢定過程中的實(shí)際需要，系統(tǒng)軟件設(shè)置了:檢定參數(shù)的輸入，檢定數(shù)據(jù)處理包括熱電偶冷端溫度的計(jì)算、檢定爐實(shí)際溫度的計(jì)算，被檢熱電偶的溫度誤差計(jì)算，檢定過程狀態(tài)顯示，爐溫控制狀態(tài)的顯示，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的參數(shù)輸入，恒溫時(shí)間控制，原始數(shù)據(jù)的查詢和導(dǎo)出，升溫曲線顯示，檢定原始記錄的打印等的許多功能。系統(tǒng)的檢定步驟如下。

2 檢定步驟

2.1 穿絕緣管及捆扎

將偶絲從保護(hù)套管抽出，在給新制熱電偶穿上絕緣管前，先戴上特定的干凈的手套，以防手中的物質(zhì)污染偶絲。檢定貴金屬熱電偶時(shí)，選擇特定的貴金屬臥式檢定爐，熱金管將標(biāo)準(zhǔn)偶和被檢偶穿上孔徑約為1mm的絕緣瓷管，露出部份套上塑料管。用鉑絲將標(biāo)準(zhǔn)與被檢熱電偶捆扎成束，將所有的測量端對齊使之處于同一平面上，并且露出絕緣管約10mm，使被檢熱電偶沿標(biāo)準(zhǔn)熱電偶均勻分布。檢定廉金屬時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偶必須還要套上石英管作為保護(hù)套管，以防標(biāo)準(zhǔn)偶被污染，廉金屬的測量端也要和保護(hù)套管內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偶測量端對齊，并且露出絕緣管約20mm采用的捆扎線必須是特定廉金屬捆扎偶絲，原則上必須選擇臥式廉金屬檢定爐。

2.2 退火

根據(jù)檢定規(guī)程的要求，新制的熱電偶必須進(jìn)行爐中退火。將退火爐的控溫偶裝好，熱電偶在退火裝置中設(shè)置退火爐的溫度1100℃，將捆扎好熱電偶的熱電極穿上絕緣管后,放入專用退火爐的均勻的溫場中，用石棉封住退火爐兩端的爐口 ,從退火爐的溫度達(dá)到1100℃時(shí)開始計(jì)時(shí),2小時(shí)后關(guān)掉退火爐。待熱電偶在退火爐中自然冷卻后，從檢定爐中拿出，準(zhǔn)備下一步的檢定工作。

2.3 開啟硬件及裝爐

打開數(shù)字多用表電源開關(guān)，低電勢掃描開關(guān)電源開關(guān)、溫度控制裝置、微機(jī)顯示器及主機(jī)電源開關(guān)預(yù)熱至少半個(gè)小時(shí)以上。將已經(jīng)捆扎好的熱電偶束，放置于檢定爐爐膛中央，通過檢定爐配置的支架，調(diào)整熱電偶測量端在檢定爐內(nèi)的位置，保證測量端與兩端爐口的距離一樣，和熱電偶測量端處于爐膛橫切面中央，既不過高也不過低，保證測量端不接觸到爐壁。位置調(diào)整準(zhǔn)確后，在檢定爐的另一端將控溫偶套上保護(hù)套管斜放入爐膛中央，使測量端接觸到爐壁，另一端連接到溫度控制裝置。全部完成后用石棉塞緊封住兩端的爐口，避免在檢定的過程中爐內(nèi)的溫場受外界環(huán)境的影響，保證檢定爐溫場的波動性達(dá)到要求的范圍。

2.4 參考端的處理

在熱電偶露出檢定爐部分用絕緣塑料套管套緊，同時(shí)對參考端做相應(yīng)的處理。根據(jù)熱電偶參考端的不同，系統(tǒng)設(shè)置了兩種補(bǔ)償方式一種是冰點(diǎn)補(bǔ)償另外一種是自動補(bǔ)償，在使用的過程中，可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的補(bǔ)償方式，使用冰點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)可這樣進(jìn)行:在冰點(diǎn)恒溫器中埋入冰水混合物，將熱電偶的參考端正負(fù)極與對應(yīng)通道單芯銅導(dǎo)線的正負(fù)極聯(lián)結(jié)好并用絕緣的塑料套管套緊，然后插入裝有酒精的玻璃管中，保證參考端處于恒定的溫場中，此時(shí)0℃作為參考溫度。選擇自動補(bǔ)償方式時(shí)，將熱電偶的參考端正負(fù)極與對應(yīng)通道單芯銅導(dǎo)線的正負(fù)極聯(lián)結(jié)好并用絕緣的塑料套管套緊，將系統(tǒng)配置的鉑電阻處于熱電偶參考端的周圍以測熱電偶參考端周圍的環(huán)境溫度，系統(tǒng)將從掃描開關(guān)的第9通道中讀取鉑電阻數(shù)據(jù)作為參考溫度，然后根據(jù)檢定規(guī)程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.5 啟動檢定軟件設(shè)置參數(shù)

上述的步驟完成后，開始啟動系統(tǒng)軟件。點(diǎn)擊點(diǎn)腦桌面TCM-6.exe，進(jìn)入基本參數(shù)設(shè)置。點(diǎn)擊“標(biāo)準(zhǔn)管理”項(xiàng)，在框中輸入一等、二等標(biāo)準(zhǔn)偶的信息，包括鋅、鋁、銅點(diǎn)電勢值，標(biāo)準(zhǔn)偶的檢定日期、有效日期、證書編號等。點(diǎn)擊“新建”，選擇檢定爐的類型:標(biāo)準(zhǔn)爐還是短型爐，哪支標(biāo)準(zhǔn)偶，被檢熱電偶的數(shù)量、補(bǔ)償方式等，點(diǎn)擊“確定”后，進(jìn)入被檢熱電偶具體參數(shù)設(shè)置畫面，選擇被檢熱電偶的通道，對應(yīng)地輸入被檢熱電偶的信息如分度號、等級、偶絲直徑、送檢單位、生產(chǎn)廠、送檢日期、有效日期等，輸完后，點(diǎn)擊“添加”進(jìn)行下一支被檢熱電偶的信息設(shè)置，系統(tǒng)總共設(shè)置了9個(gè)通道，其中在自動補(bǔ)償中的鉑電阻占第9通道，剩下8個(gè)通道，再除去標(biāo)準(zhǔn)偶本身占的一個(gè)通道，系統(tǒng)一次總共可以檢定熱電偶的數(shù)量是7支。選擇檢定點(diǎn)，檢定貴金屬時(shí)，系統(tǒng)自動設(shè)置鋅、鋁、銅三點(diǎn)，也可以自定義選擇檢定點(diǎn)。檢定廉金屬時(shí)，根據(jù)檢定規(guī)程，按照偶絲直徑選擇相應(yīng)檢定點(diǎn)。待所有信息填寫無誤后，再檢查所有的的設(shè)備開啟無誤后，點(diǎn)擊“確定”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入自動檢定狀態(tài)。

2.6 觀察檢定過程

系統(tǒng)進(jìn)入自動檢定狀態(tài)后，進(jìn)入升溫曲線圖畫面，最開始出現(xiàn)的曲線是控溫儀的狀態(tài)曲線，在檢定點(diǎn)附近時(shí)，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)偶的曲線，系統(tǒng)是根據(jù)檢定爐內(nèi)的情況在進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以確保達(dá)到檢定要求時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)國家檢定規(guī)程的要求，當(dāng)爐溫距離檢定點(diǎn)0.2℃時(shí)，波動度在0.02℃/min系統(tǒng)方采樣。畫面左邊是被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的基本信息，畫面右上角顯示控制溫度的狀態(tài)，恒溫時(shí)間控制，曲線細(xì)分。曲線圖下方顯示采集熱電偶的數(shù)據(jù)，在畫面下方顯示通道的對應(yīng)被檢偶的信息。在檢定過程中根據(jù)畫面顯示的信息和曲線判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，可中途停止檢定，在畫面的右上方按“停止檢定”鍵待檢查完錯(cuò)誤后，可恢復(fù)檢定，再在點(diǎn)擊“開始檢定”。在使用的過程中可根據(jù)爐溫情況，自行進(jìn)行強(qiáng)制采樣，強(qiáng)制采樣數(shù)據(jù)完后，系統(tǒng)將會出現(xiàn)對話框自動詢問“是否要保存數(shù)據(jù)”，選擇“否”時(shí)，系統(tǒng)將不保留采集完的數(shù)據(jù)，并且重新進(jìn)入恒溫狀態(tài)，此時(shí)可適當(dāng)延長恒溫時(shí)間。可畫面的下方通道和對應(yīng)被檢偶的信息，來判斷被檢偶的接線情況。也可通過觀察曲線圖來判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。

3 系統(tǒng)的校準(zhǔn)

為保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，系統(tǒng)必須要符合校準(zhǔn)規(guī)范JJF 1098-2003《熱電偶熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》里面技術(shù)要求。在對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)前準(zhǔn)備8位半8508A數(shù)字多用表，1mm單芯銅導(dǎo)線若干條和0.02級標(biāo)準(zhǔn)信號源，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一支、被檢熱電偶一支。

掃描開關(guān)寄生電勢的校準(zhǔn):將掃描開關(guān)的輸入端分別用銅導(dǎo)線進(jìn)行短接；用銅導(dǎo)線將掃描開關(guān)的輸出端短接后接至8508A數(shù)字多用表的輸入端；20min后將數(shù)字多用表清零，并剪斷掃描開關(guān)輸出端的短接線；依次切換掃描開關(guān)通道進(jìn)行測量，每個(gè)通道停留60s；記錄絕對值最大的電勢值；斷電5min后重復(fù)上述的動作，反復(fù)測量3次，取各通道3次測量的最大值為該通道的寄生電勢值。

通道間數(shù)據(jù)采集差值的校準(zhǔn):將系統(tǒng)升至銅點(diǎn)，將掃描開關(guān)的輸入端分別用銅導(dǎo)線短接后與信號源相連，在數(shù)字多用表上分別讀取各個(gè)通道的采樣值，反復(fù)測量3次，取各通道采集結(jié)果的平均值作為通道數(shù)據(jù)采集值，計(jì)算其中最大值為通道間數(shù)據(jù)采集差值。

重復(fù)性測試:將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶放進(jìn)檢定爐爐膛中央，將系統(tǒng)升至銅點(diǎn)，按系統(tǒng)正常運(yùn)行連續(xù)測量三次，每次測完將系統(tǒng)降溫50℃左右后重新升溫，待恒溫后記錄數(shù)據(jù)，三次測量結(jié)果最大差值為。

測量數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證:將被檢熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶捆綁成束，放入檢定爐檢定，系統(tǒng)自動計(jì)算鋅、鋁、銅三點(diǎn)的示值誤差，與人工根據(jù)檢定規(guī)程計(jì)算的相差0μV1 μV滿足校準(zhǔn)規(guī)范的要求。

系統(tǒng)在投入使用前，經(jīng)過試驗(yàn)校準(zhǔn)與人工手動測量相比較，校準(zhǔn)結(jié)果滿足JJF 1098-2003《熱電偶熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》里面掃描開關(guān)寄生電勢0.4μV，通道間數(shù)據(jù)采集差值1μV， 系統(tǒng)的重復(fù)性1.5 μV的技術(shù)要求，達(dá)到相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)具有比較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 結(jié)束語

CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱電偶自動檢定、數(shù)據(jù)存儲、原始記錄查詢及打印等許多功能。系統(tǒng)具有比較高的準(zhǔn)確性和可靠性，完全能滿足工業(yè)熱電偶量值傳遞的需要，具有操作簡單，檢定效率高等的特點(diǎn)，在工業(yè)企業(yè)中得到了很好的應(yīng)用。

［1］JJF 1098-2003熱電偶熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[S].

［2］李吉林,汪開道,張錦霞,蔡懷禮,編.溫度計(jì)量[M].中國計(jì)量出版社.