溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文首先概述了溫度二次儀表校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，指出了溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)研究的必要性，介紹了把虛擬儀器與溫度二次儀表檢定相結(jié)合，構(gòu)建了基于虛擬儀器的溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐證明了該系統(tǒng)確實(shí)提高了測(cè)量精度、校準(zhǔn)可靠性和工作效率，可供計(jì)量同行參考使用。

關(guān)鍵詞：溫度二次儀表；校準(zhǔn)系統(tǒng)；研究；實(shí)現(xiàn)

1 概述

在溫度測(cè)量過程中按具體測(cè)量單元所起的作用不同，可以把溫度儀表分為一次儀表和二次儀表，諸如熱電偶、熱電阻等溫度傳感器屬于一次儀表，它們?cè)跍y(cè)溫過程中直接與被測(cè)對(duì)象接觸，并將溫度表征為一定的信號(hào)量如熱電勢(shì)、電阻輸出。而溫度二次儀表則是根據(jù)溫度一次儀表的輸出信號(hào)量來(lái)對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行顯示、控制等處理的后端儀表裝置，它們相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量等功能。溫度二次儀表按具體功能和實(shí)現(xiàn)方式的不同，主要分為自動(dòng)電位差計(jì)、自動(dòng)平衡電橋、數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀及動(dòng)圈式溫度儀表等。

溫度二次儀表主要是根據(jù)溫度傳感器等輸出的電量等信號(hào)值來(lái)對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行測(cè)量、顯示或控制的溫度儀表總稱，其被廣泛地應(yīng)用于冶金、制造等行業(yè)，在國(guó)民生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。溫度二次儀表的各項(xiàng)性能指標(biāo)好壞將會(huì)影響到測(cè)溫或控制等的正常與否，并進(jìn)而影響到產(chǎn)品質(zhì)量，因此需要對(duì)溫度二次儀表進(jìn)行定期檢定與校準(zhǔn)。

2 溫度二次儀表校準(zhǔn)的現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)溫度二次儀表校準(zhǔn)在九十年代中期以前主要是采用手工操作方式，具體方法是使用電子電位差計(jì)或者直流變阻箱作為信號(hào)源，模擬一次儀表給出的信號(hào)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)電子電位差計(jì)或者直流變阻箱以增大輸入信號(hào)，使溫度二次儀表依次達(dá)到各被檢定點(diǎn)，然后記錄檢定的原始數(shù)據(jù)，人工查找溫度電量對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表，人工計(jì)算檢定誤差，人工判定檢定結(jié)果，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)填入檢定報(bào)表中，如果想查找舊的檢定記錄，可能就需要從很多紙堆手工填寫的報(bào)表中去查找，當(dāng)報(bào)表越來(lái)越多時(shí)，有些歷史記錄或報(bào)表可能丟失，再也無(wú)法查看或進(jìn)行相關(guān)處理了，給工作帶來(lái)不利。采用這種方式校準(zhǔn)時(shí)，存在著校準(zhǔn)精度低、檢定數(shù)據(jù)需要人工處理，校準(zhǔn)記錄難于管理等弊端，從而導(dǎo)致了工作效率極其較低、校準(zhǔn)可靠性得不到保證，一般普通的校準(zhǔn)者一天只能校準(zhǔn)兩到四塊儀表。

隨著我國(guó)對(duì)溫度二次儀表校準(zhǔn)工作的重視，有些公司開始研制半自動(dòng)化溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)，它們一般采用傳統(tǒng)儀器的設(shè)計(jì)方法，盡管它們的校準(zhǔn)精度及效率等較手工方式有很大的改善，但其對(duì)檢定數(shù)據(jù)的分析處理等主要是靠硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，致使其成本高、功能單一、系統(tǒng)功能可擴(kuò)展性差，并且難于實(shí)現(xiàn)對(duì)大量校準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)的管理功能，使用不靈活，花費(fèi)了很多資金和力氣開發(fā)的系統(tǒng)往往只能用于某一型號(hào)或幾種型號(hào)儀表的檢定，并且一旦系統(tǒng)投入使用后，其功能就不能改變了。國(guó)外一些公司或廠家開發(fā)了基于虛擬儀器的溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)，功能比較強(qiáng)大，系統(tǒng)擴(kuò)展性也比較好，但它們的檢定規(guī)程與我國(guó)的溫度二次儀表檢定規(guī)程不完全一致，同時(shí)價(jià)格昂貴。

3 溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖1所示，溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由溫度二次儀表、信號(hào)校準(zhǔn)器、PC機(jī)和打印機(jī)組成，可以根據(jù)實(shí)際需要方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。在整個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)，PC機(jī)處于核心地位，它控制整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，PC機(jī)基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)，它不僅要控制信號(hào)校準(zhǔn)器和打印機(jī)正常工作，而且還要利用自身的系統(tǒng)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作。因此它的運(yùn)行速度等性能指標(biāo)將會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。整個(gè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩大功能測(cè)試功能和測(cè)試數(shù)據(jù)管理功能。前者主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度二次儀表的自動(dòng)檢定，根據(jù)被檢定儀表的型號(hào)及用戶選定的檢定點(diǎn)，系統(tǒng)通過串口控制信號(hào)源產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)去激勵(lì)溫度二次儀表，得到溫度二次儀表的響應(yīng)量，然后對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并得出結(jié)論同時(shí)根據(jù)用戶的需要對(duì)測(cè)試的原始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)及其他的一些測(cè)試信息進(jìn)行歸檔保存，以便用戶對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的查詢或打印等操作，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。測(cè)試數(shù)據(jù)管理功能則是根據(jù)測(cè)試時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試信息來(lái)對(duì)需要用到的測(cè)試歷史數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、打印等操作，得到需要的報(bào)表，以便生產(chǎn)中的實(shí)際需要。

信號(hào)校準(zhǔn)器是整個(gè)硬件組成中的一個(gè)關(guān)鍵部分，這是由它在系統(tǒng)中所起的作用所決定的。信號(hào)校準(zhǔn)器的作用是產(chǎn)生溫度二次儀表所需的各種激勵(lì)信號(hào)，以代替實(shí)際一次儀表熱電偶或熱電阻等傳感器的模擬輸入，通常這些信號(hào)為電壓或電阻，并且輸入的應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，其精度要求高。信號(hào)校準(zhǔn)器應(yīng)該帶有總線接口，以便在計(jì)算機(jī)的控制下根據(jù)需要改變輸入的激勵(lì)信號(hào)大小或種類。

軟件部分則主要負(fù)責(zé)硬件的馭動(dòng)與控制、數(shù)據(jù)處理與保存及人機(jī)交互操作界面的生成。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)則主要是基于數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的軟件應(yīng)用子系統(tǒng)，通過底層的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎建立和管理與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，并進(jìn)行相應(yīng)操作以實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)所要求的各項(xiàng)功能。

4 功能介紹

溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）自動(dòng)檢定電子電位差計(jì)、電子平衡電橋；

2）自動(dòng)檢定數(shù)字式溫度儀表（配熱電偶、熱電阻）；

3）能檢定所有各種分度號(hào)的儀表，這些分度號(hào)包括K、E、S、T、J、R、B、N、Pt100等；

4）能自動(dòng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)；

5）可對(duì)具有冷端自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬x表實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)修正后檢定；

6）自動(dòng)進(jìn)行誤差計(jì)算，并能自動(dòng)進(jìn)行判定儀表示值誤差合格與否；

7）自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并進(jìn)行檔案管理，可查閱打印任意天的檢定記錄。

5 結(jié)語(yǔ)

研制基于虛擬儀器技術(shù)的溫度二次儀表校準(zhǔn)系統(tǒng)，在校準(zhǔn)過程中自動(dòng)地調(diào)節(jié)輸入電量，使溫度二次儀表依次到達(dá)各被檢測(cè)點(diǎn)，并且自動(dòng)完成對(duì)測(cè)試原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)的軟件資源對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和處理，自動(dòng)完成對(duì)溫度二次儀表的誤差判定，自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)試檢定報(bào)表?？梢苑奖愕仉S時(shí)查詢測(cè)試歷史數(shù)據(jù)，并打印檢定報(bào)表。將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，減少了硬件的數(shù)量，充分利用了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、運(yùn)算及處理的能力，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，降低了成本，提高了校準(zhǔn)效率和校準(zhǔn)可靠性，給生產(chǎn)帶來(lái)極大的便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬(wàn)相奎，秦樹人，尹愛軍.虛擬式多通道溫度測(cè)試儀[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002

[2] 扶碧波，樊銳.虛擬儀器軟件開發(fā)方法的研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2012，

[3] 陳邸.溫度二次儀表自動(dòng)校準(zhǔn)虛擬儀器系統(tǒng)的研究與設(shè)化[J]；西安電子科技大學(xué)，2005

[4] 雌伯坤，江兆章等.溫度測(cè)量與儀表—熱電偶和熱電阻[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005

作者簡(jiǎn)介：

張征鴻，男，1989年4月出生，現(xiàn)工作于江陰市計(jì)量測(cè)試檢定所，主要從事溫度二次儀表、工業(yè)熱電偶、輻射溫度計(jì)等工作的檢定、校準(zhǔn)。