熱電偶自動檢定裝置的優(yōu)化改造

【摘要】為了最大限度地發(fā)揮熱電偶自動檢定裝置的檢定能力，對現(xiàn)有的三套熱電偶自動檢定系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。改造的關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計并制作了檢定爐交換控制系統(tǒng)，克服了原有熱電偶檢定系統(tǒng)之間互不兼容、相互干擾等技術(shù)瓶頸。通過這套檢定爐交換控制系統(tǒng)，可以使多套熱電偶檢定系統(tǒng)同時工作，并且每個檢定系統(tǒng)都可以控制任何一個檢定爐，排除了檢定過程中存在的安全隱患，并且能夠?qū)崟r監(jiān)控每一路的檢定情況，極大地提高了熱電偶（阻）的檢定能力和效率。

【關(guān)鍵詞】熱電偶；自動檢定；檢定爐

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.017

Optimization and Reconstruction of Thermocouple Automatic Verification Device

LI Jian

（Huludao Testing and Inspection Centre，Huludao 125000，China）

Abstract：In order to maximize the verification capability of the thermocouple automatic verification device，the existing three sets of thermocouple automatic verification systems have been optimized. The key technology of the transformation is the design and manufacture of the exchange control system of the calibration furnace，which overcomes the technical bottlenecks such as incompatibility and mutual interference between the original thermocouple calibration systems. Through this set of verification furnace exchange control system，multiple sets of thermocouple verification systems can work at the same time，and each verification system can control any verification furnace，eliminate the potential safety hazards in the verification process，and can monitor the verification of each channel in real time，greatly improving the verification ability and efficiency of thermocouple（resistance）.

Key words：thermocouple；automatic verification；calibration furnace

1優(yōu)化改造前的熱電偶自動檢定裝置的概況

本單位熱電偶自動檢定裝置是由3套熱電偶自動檢定系統(tǒng)組成，分別是ZRJ-03型單爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)、ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)和DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)。

1.1ZRJ-03型單爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)概述

ZRJ-03型單爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)（以下簡稱ZRJ-03）是由計算機(jī)、打印機(jī)、高精度數(shù)字萬用表、低電勢掃描器/控制器、數(shù)字表通信接口卡等組成的自動測試、控制系統(tǒng)，是集計算機(jī)技術(shù)、微電測技術(shù)和自動測試技術(shù)于一體的新型智能化計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要用于自動檢定/校準(zhǔn)各種工作用熱電偶。它的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

其中，高精度數(shù)字萬用表選用的是Keithley2000，數(shù)字表通信接口卡選用的是GPIB卡，設(shè)置為GPIB：ON，LANG：SCPI，ADDRES：01（每次數(shù)字表送檢歸來必須檢查該設(shè)置）。低電勢掃描器/控制器為TZ.SC-03，具有6通道掃描開關(guān)，與計算機(jī)連接選用的是RS-232接口。

該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)偶控溫，自帶控溫軟件，一次只能控制一臺檢定爐，每次檢定結(jié)束后如需控制其他檢定爐，需要人工更換檢定爐的接線。此外，該系統(tǒng)還在低電勢掃描器/控制器上內(nèi)置了一個參考端溫度測量電路，附帶了參考端溫度傳感器，提供了三種可選擇的參考端處理方法，分別是：1）標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶均置于冰點(diǎn)槽中；2）標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶均使用傳感器補(bǔ)償；3）標(biāo)準(zhǔn)偶置于冰點(diǎn)槽中，被檢偶使用傳感器補(bǔ)償，增加了參考端處理的靈活性。

1.2ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)概述

ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)（以下簡稱ZRJ-04）繼承了原ZRJ-03型智能化熱工儀表檢定系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時增加了分級低電勢掃描開關(guān)與掃描控制系統(tǒng)。各檢定爐分別采用RS485總線智能儀表和SSR進(jìn)行控溫，其控溫溫度、PID參數(shù)等可進(jìn)行遙控設(shè)定，并由上位計算機(jī)進(jìn)行集中控制。智能儀表的控溫偏差可進(jìn)行手動或自動修正，以滿足檢定允許偏差的要求。系統(tǒng)可自動進(jìn)行控溫數(shù)據(jù)記錄和顯示，既可集中顯示各檢定爐的控溫參數(shù)，又可分別詳細(xì)顯示不同檢定爐的工作狀態(tài)與控溫參數(shù)，并自動繪制控溫曲線。ZRJ-04的主要技術(shù)參數(shù)與ZRJ-03相同。與ZRJ-03相比，該系統(tǒng)的主要改進(jìn)部分如下：

1）將ZRJ-03系統(tǒng)的一級低電勢掃描器/控制器更換為二級低電勢掃描器/控制器，主低電勢掃描開關(guān)用于各檢定爐熱電偶信號的多選一，分時選通各檢定爐電路。分低電勢掃描開關(guān)用于每個檢定爐中各只被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶信號的多選一，實(shí)現(xiàn)熱電偶信號的掃描測量功能。二級低電勢掃描器/控制器通過RS-485工業(yè)現(xiàn)場總線與計算機(jī)通信，接受計算機(jī)的控制。通過二級低電勢掃描器/控制器，該系統(tǒng)能同時控制2臺檢定爐，每臺檢定爐能檢定1～10支熱電偶。

2）溫度控制系統(tǒng)采用具有RS4-85通信功能的日本島電SR-253智能PID調(diào)節(jié)器作為溫度控制器，采用SSR作為功率輸出單元，實(shí)現(xiàn)高精度交流過零觸發(fā)，無高次諧波干擾。功率輸出相對分辨率優(yōu)于1/1000。

3）數(shù)字表接口采用的是RS-232接口。

4）短爐加熱電壓為110 V，保證了短爐控溫的平穩(wěn)。

1.3DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)概述

DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統(tǒng)（以下簡稱DTZ-01）組成與ZRJ-04基本相同。其測量準(zhǔn)確度為±（0.005%×Read- ing+0.0035%×Range），其余主要技術(shù)指標(biāo)與表1相同。

該系統(tǒng)計算機(jī)與多通道低電勢掃描器、數(shù)字表的連接采用2個RS-232串行接口，系統(tǒng)采用PCI接口RS-232接口卡進(jìn)行擴(kuò)展；與熱電偶檢定爐控溫裝置、恒溫水槽、恒溫油槽的連接采用RS-485串行接口，系統(tǒng)采用PCI接口RS-485接口卡進(jìn)行擴(kuò)展。

2制約熱電偶自動檢定裝置檢定效率的原因

2.1原有檢定系統(tǒng)不能同時工作，效率低

原有的3套熱電偶檢定系統(tǒng)各自的工作原理不同，隨機(jī)攜帶的檢定爐接線連接混亂，工作效率低。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）各自的控溫原理不同。ZRJ-03是利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行控溫的，而ZRJ-04和DTZ-01采用的是控溫偶進(jìn)行控溫的。由于各自的控溫模型不同，各檢定點(diǎn)的控溫時間也不相同?？販卦聿煌瑢?dǎo)致這3套檢定系統(tǒng)不能相互兼容。

2）原有的3套檢定系統(tǒng)可攜帶的檢定爐數(shù)量都是固定的：ZRJ-03攜帶1個檢定爐，ZRJ-04攜帶2個檢定爐，DTZ-01攜帶2個檢定爐。各檢定系統(tǒng)只能對本身攜帶的檢定爐進(jìn)行控溫，不能對其他2套檢定系統(tǒng)的檢定爐進(jìn)行控溫，并且每個檢定爐檢定完畢后從高溫降到200℃以下需要兩個多小時，這就導(dǎo)致在檢定爐降溫期間檢定系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)，進(jìn)而影響檢定效率。

2.2原有檢定系統(tǒng)接線混亂，影響檢定效率

由于原有3套檢定系統(tǒng)是在不同時期投入使用的，沒有經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃，各檢定系統(tǒng)互相獨(dú)立，布線不規(guī)范，信號線和電源線相互穿插。與此同時，被檢的工作熱電偶長短各異、接線端子完好狀態(tài)不同。這就導(dǎo)致在熱電偶檢定出現(xiàn)意外情況時只能逐項(xiàng)排除，查找問題低效，而且有可能在故障排除時帶來新的問題，致使查找原因變得更加復(fù)雜。這也是影響檢定效率的一個重要原因。

2.3原有系統(tǒng)操作復(fù)雜

原有3套檢定系統(tǒng)沒有進(jìn)行整合，各自的操作程序不同，操作復(fù)雜。同時檢定員對各檢定系統(tǒng)的熟悉程度不同，很容易出現(xiàn)錯誤操作。

此外，原有3套檢定系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測不完善，信號線和電源線沒有隔離開。接地系統(tǒng)不同使得原有檢定裝置存在漏電、燒壞檢定爐、著火等安全隱患。

3熱電偶自動檢定裝置的優(yōu)化改造

針對分析出的問題，我們制定了優(yōu)化改造方案，主要有以下幾個方面。

3.1制作檢定爐控制系統(tǒng)

我們根據(jù)各系統(tǒng)的檢定時間，結(jié)合需要檢定的熱電偶的尺寸及數(shù)量，在保證正常連續(xù)工作的基礎(chǔ)上，配備了8個檢定爐（2短6長），并對所有檢定爐進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一編號，制作了明細(xì)的標(biāo)識，還對3個檢定系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)一的標(biāo)識。另外，我們還在檢定系統(tǒng)的控制部分和檢定爐之間增加了檢定爐控制系統(tǒng)。該檢定爐控制系統(tǒng)主要由兩部分組成：一個是檢定系統(tǒng)連接部分，另一個是檢定爐連接部分。

在檢定系統(tǒng)開始工作后，需要對檢定爐控制系統(tǒng)進(jìn)行自上而下的工作狀態(tài)確認(rèn)，在故障發(fā)生之前就將故障查出并加以排除，將事故消除在萌芽狀態(tài)，從而提高檢定效率。

3.1.1檢定系統(tǒng)連接部分主要組成

1）系統(tǒng)運(yùn)行指示燈（見圖1）共有3個，分別對應(yīng)3個檢定系統(tǒng)。該指示燈用來顯示3個檢定系統(tǒng)的上電狀態(tài)，只要檢定系統(tǒng)總電源接通，相應(yīng)的指示燈就會點(diǎn)亮。

2）控制回路開關(guān)（見圖2）共有5個，分別對應(yīng)5個加熱控制回路。該開關(guān)用來控制加熱控制電路的通與斷，并對整個控制回路做過流保護(hù)。

3）電壓指示燈（見圖3）共有5個，分別對應(yīng)5個加熱控制回路。該指示燈用來顯示5路加熱控制回路在接入檢定爐前是否正常工作。只要各檢定回路在接入檢定爐之前能夠正常進(jìn)行加熱控制，相應(yīng)的指示燈就會間歇式點(diǎn)亮，否則該指示燈不亮，需檢查相應(yīng)的控制回路。

4）電流指示燈（見圖4）共有5個，分別對應(yīng)5個加熱控制回路。該指示燈用來顯示5路加熱控制電路的通斷，判斷各路所控制的檢定爐能否正常加熱控溫。如果該指示燈間歇式點(diǎn)亮就表明該路加熱控制回路控制正常，加熱爐加熱控溫正常，否則，應(yīng)從以下兩個方面進(jìn)行分析：

①檢定爐連接部分的爐電壓指示燈不亮，說明檢定系統(tǒng)連接部分和檢定爐連接部分沒有連接上，需檢查這兩部分之間的連接線，確認(rèn)其上下連接部分接觸良好。②檢定爐連接部分的爐電壓指示燈間歇點(diǎn)亮，說明從檢定爐控制系統(tǒng)到檢定爐之間加熱控溫不正常，一般需檢查檢定爐的接線是否良好或者檢定爐是否損壞。

5）輸出插座（見圖5）共有5個，分別對應(yīng)5個加熱控制回路，用來輸出相應(yīng)回路的加熱控溫電源。

3.1.2檢定爐連接部分

1）爐接口插座（見圖6）共有8個，分別對應(yīng)8個檢定爐，用來接受加熱控溫電源。

2）爐電壓指示燈（見圖7）共8個，分別對應(yīng)8個檢定爐。該指示燈主要用來判斷檢定系統(tǒng)連接部分和檢定爐連接部分是否連接，如果該燈間歇式點(diǎn)亮，則說明這兩部分連接正常。

檢定系統(tǒng)連接部分和檢定爐連接部分是由控制連接線連接的。為確保安全，該線采用了子母頭的設(shè)計，為了便于識別，每條控制連接線都做了不同標(biāo)識。

3.1.3檢定爐控制系統(tǒng)的主要功能

1）能夠使3套熱電偶檢定系統(tǒng)同時工作，并同時對8臺檢定爐中的任意5臺檢定爐進(jìn)行加熱控溫。2）通過該系統(tǒng)，每個檢定系統(tǒng)都能對8個檢定爐進(jìn)行控溫操作，消除了檢定爐不能共享而制約熱電偶檢定速度的問題。3）系統(tǒng)安全性得到了提高。原有3套系統(tǒng)之間各自獨(dú)立，互相干擾，并且在每次檢定后切換檢定爐時存在安全隱患。該系統(tǒng)完全消除了這些隱患。4）檢定系統(tǒng)發(fā)生故障時查找更加方便快捷。崗位檢定人員能夠迅速判斷故障發(fā)生的位置并加以排除。

3.1.4檢定爐控制系統(tǒng)的使用

該檢定爐控制系統(tǒng)使用簡單快捷。在使用時只需將需要工作的熱電偶自動檢定系統(tǒng)中的控制回路的開關(guān)接通，并利用控制連接線將相應(yīng)控制回路的輸出插座和需要控溫的檢定爐接口插座相連即可。

3.2優(yōu)化線路系統(tǒng)

重新優(yōu)化布局了線路系統(tǒng)，消除了控溫系統(tǒng)和采集系統(tǒng)之間互相干擾的問題。結(jié)合檢定間的實(shí)際情況，我們將信號電路和電源電路分開進(jìn)行了優(yōu)化布局，消除了控溫系統(tǒng)和采集系統(tǒng)之間相互干擾的問題。與此同時，我們最大限度地減少了明線，確保了檢定爐周圍的整潔干凈，消除了火災(zāi)隱患。

3.3更新數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接線夾

熱電偶與數(shù)據(jù)采集線之間的連接質(zhì)量直接關(guān)系到檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)過市場調(diào)查和多次試驗(yàn)，我們選擇了合適的熱電偶接線夾，對每條數(shù)據(jù)采集線進(jìn)行了精心的焊接，減小了熱電偶與數(shù)據(jù)采集線之間的接觸電勢，降低了熱電偶接線時短路的概率，提高了檢定質(zhì)量。

3.4優(yōu)化檢定流程，制定新的檢定程序

根據(jù)改造后的設(shè)備運(yùn)行情況，優(yōu)化檢定流程，提高檢定效率。從熱電偶的收發(fā)、外觀檢查、型號的確認(rèn)、熱電偶的捆綁、標(biāo)準(zhǔn)器的選擇、被檢偶和標(biāo)準(zhǔn)偶的接線、檢定軟件的啟動和監(jiān)視運(yùn)行，以及檢定結(jié)束后現(xiàn)場的處理等方面都制定了詳細(xì)的流程，還對接口卡的安裝、接地線的處理、檢定系統(tǒng)內(nèi)部的接線等方面進(jìn)行了優(yōu)化改造。

4熱電偶自動檢定裝置優(yōu)化改造后的運(yùn)行情況

1）系統(tǒng)運(yùn)行效率急劇上升。一天最高完成了25爐130多支熱電偶的檢定工作。2）故障率急劇下降。3）安全得到了可靠的保障。在一個多月的大負(fù)荷工作情況下，沒有損壞一臺設(shè)備，沒有發(fā)生任何安全事件。4）操作更加簡單快捷，檢定員對每套檢定系統(tǒng)的操作都很熟悉。

總之，通過這次優(yōu)化改造，熱電偶自動檢定裝置經(jīng)受住了考驗(yàn)，為熱電偶的自動檢定提供了一個良好的范本。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]魏明，馮巖.檢定熱電偶時易忽視的問題及處理[J].中國計量，2011（10）：109.

【作者簡介】

李劍，男，1979年出生，高級工程師，研究方向?yàn)橛嬃繖z定與校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）