恒溫槽校準問題分析及采集軟件

胡 健 徐 標 梁顯有 孫子騫 / 廣東省計量科學研究院

0 引言

隨著集成電路和儀器儀表的發(fā)展，高精密數(shù)字溫度計使用相當廣泛，逐漸代替標準水銀溫度計，對溫度計量有著重大的影響。此類儀器能方便攜帶和讀數(shù)，目前已經(jīng)廣泛應用于法定計量機構。然而儀器設計在某些方面仍不夠人性化，如大部分不具備上位機采集和數(shù)據(jù)分析軟件。

1 恒溫槽校準過程中的問題

在大量校準恒溫槽、干井爐過程中，不具備上位機采集和數(shù)據(jù)分析軟件，依靠人工讀數(shù)有以下問題。

1）根據(jù)恒溫槽及干井爐校準方法要求在10min或者15min內(nèi)按規(guī)定時間間隔讀取標準器和被檢示值(一般是每10 s讀取一次，讀取60組數(shù))，最后按公式±(tmax-tmin)/2計算。采用人工讀數(shù)過程，檢定員需不停記錄儀器數(shù)值，較難按規(guī)定間隔讀數(shù)，容易引入人為誤差。而且每10min（或者15min）不間斷觀察儀器數(shù)值變化，尤其在高溫時，槽內(nèi)溫度波動較大，儀器示值變化迅速，更易產(chǎn)生誤讀和記數(shù)混亂，校準的效率較低。

2）JJF 1030-2010規(guī)定待槽溫穩(wěn)定后才進行校準，如何判斷槽溫的穩(wěn)定。由于目前控溫大都使用PID算法，存在溫度超調(diào)和振蕩問題，判斷其穩(wěn)定情況需要記錄大量數(shù)據(jù)，觀察變化趨勢，才能給出合理判斷。而人工對槽溫穩(wěn)定性較難判斷和估計，容易在槽溫未充分穩(wěn)定時進行校準，使實測波動大于設備實際波動。

3）進行均勻性項目校準時，根據(jù)規(guī)程要求，分別測試ABCDEFGH上下水平面相對固定位置的平均值差值。二等標準鉑電阻響應速度存在差異，時間響應將影響恒溫槽均勻性測試結果。需在波動小或者波峰及波谷時測量，才能有效降低均勻性測試造成的影響。

設計一款軟件，能實時采集來自標準器中的數(shù)據(jù)，并以圖形形式清晰直觀顯示槽溫穩(wěn)定性和溫度變化趨勢。本文以國產(chǎn)型號PDT-2A高精密數(shù)字溫度計為例，采用Visual Basic設計了方便恒溫槽等設備的采集程序。

2 采集軟件功能及方案實現(xiàn)

PDT-2A型高精密數(shù)字溫度計其技術指標為±（0.001%FS+0.0015%讀數(shù)），電阻： 0～300 Ω?？膳錁藴抒K電阻直接顯示溫度值；配備二等標準鉑電阻后，能滿足溫度測量和某些量傳工作；能滿足校準恒溫槽、干井爐、工業(yè)鉑電阻電測設備技術要求。JJF 1030-2010規(guī)定以每分鐘至少6次的均勻間隔讀取示值，持續(xù)10min或恒溫槽使用說明書中規(guī)定時間；干井爐波動測試記錄30min內(nèi)，每2min測量一次。恒溫槽、干井爐均勻性及工業(yè)鉑電阻測試以均勻速度往返讀取兩通道示值，讀取間隔應以5 s為宜。針對溫度計量特點，應用軟件具備以下功能：實時采集儀器溫度或電阻數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行分析并重構、計算及分析相關參數(shù)、以圖形化顯示溫度或電阻變化趨勢。

3 軟件設計

首先將計算機串口與PDT-2A連接，使用串口調(diào)試助手或超級終端等軟件觀察，可得以下數(shù)據(jù)：T0129.0097 Ohm T0234.852 C。因此在VB中調(diào)用MScomm串口控件，并設置MScomm控件相關屬性，考慮實時性問題，設置接收中斷MScomm.RThreshold= 1。當儀器發(fā)數(shù)據(jù)一個字節(jié)到計算機時，產(chǎn)生中斷，并在中斷服務程序中完成基本處理并將數(shù)據(jù)保存于緩沖區(qū)。由于采集數(shù)據(jù)需要間隔讀取，因而調(diào)用Timer控件產(chǎn)生定時中斷，間隔時間依不同校準規(guī)范要求而定，并將主要數(shù)據(jù)處理放入定時服務程序中。

針對串口以上所接收數(shù)據(jù)的特點：數(shù)據(jù)為文本型、無嚴格通信協(xié)議。將“T”定義為數(shù)據(jù)開頭，將“m”或“C”定義為數(shù)據(jù)結束，而“T”字符后第二字節(jié)為有效數(shù)據(jù)。并根據(jù)儀器一次發(fā)送一字節(jié)特點，需要篩選分離有效數(shù)據(jù)，最后使用CSng強制轉換成單精度數(shù)字型，執(zhí)行語句data1 = CSng(tmp_string)。以上為某一次數(shù)據(jù)，累次數(shù)據(jù)保存在數(shù)組，執(zhí)行語句：temperature1(i_1) = data1。數(shù)據(jù)每次定時中斷后更新以text控件顯示，每個數(shù)據(jù)顯示一行，并以vbCrLf 換行，執(zhí)行詞句為tmp_v1 = tmp_v1 &temperature1(tmp_m1 - tmp_x) & vbCrLf。

根據(jù)恒溫槽均勻性、波動性測試要求，對有效數(shù)組求平均值、波動值，以控件Lable輸出顯示。測試恒溫槽時，如前所述使用圖形顯示溫度的波動趨勢更直觀有效。VB有較為豐富的圖形控件如Mschart和line函數(shù)等。本文使用line函數(shù)在picturebox中繪制圖形。Line函數(shù)有兩個重要子函數(shù)：確定坐標軸picX.Scale及劃線DrawRealLine。將數(shù)據(jù)最大、最小值定義為Y軸，使用picturebox.ScaleWidth定義為X軸。圖形隨數(shù)據(jù)變化而調(diào)整坐標軸，圖形顯示合理、觀察方便。

4 實驗驗證及測試結果

軟件按特定時間間隔準確讀取儀器中的數(shù)據(jù)，如圖1。以校準恒溫槽為例，對同一設備進行人工讀數(shù)和軟件自動讀數(shù)測試波動性，結果如表1。

垂直均勻度測試結果如表2。

圖1 軟件實時采集效果圖

表1 波動性測試

表2 垂直均勻度測試

5 結語

綜合重復性和其他測量因素，測試結果基本一致，自動采集值優(yōu)于人工讀數(shù)，實現(xiàn)恒溫槽校準所需要功能。此外，軟件具有較好通用性，除能滿足恒溫槽校準，還能完成干井式溫度校準器、工業(yè)鉑熱電阻自動采集；對軟件修改數(shù)據(jù)接收和分析部分就可以適應不同的下位機儀表，滿足其他場合的實用。

[1]全國溫度計量技術委員會.JJF 1030-2010[S].北京：中國計量出版社，2010.

[2]全國溫度計量技術委員會.JJF 1176-2010[S].北京：中國計量出版社，2010.

[3]吳勤，李振杰.恒溫槽溫度均勻性測量不確定度分析[J].計量與測試技術，2012，6：66-67+69.

[4]曹宇.油恒溫槽溫度波動度測量結果的評定[J].企業(yè)標準化，2006，4：53-54.