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一種新型的熱電偶、熱電阻自動檢定系統

作者: 發布日期:2021/5/17 14:22:13 瀏覽:


摘要:設計并實現了一種基于AMETEK的JOFRAATC 系列干體爐的熱電偶、熱電阻新型快速自動檢定系統。該系統不僅控溫精度高 , 而且極大地縮短了檢定時間, 并且解決了不同型號的熱電偶和熱電阻進行混合檢定的實際需求 , 顯著提高了檢定效率。該系統結合強大的計算機技術 , 采用微軟 VC++6.0 進行軟件編程和EXCEL作為數據庫 , 實現了熱電偶和熱電阻的自動檢定、數據存儲、報表打印、歷史記錄查詢等功能 , 具有操作簡單、高速快捷、穩定可靠等特點。

1 引言
熱電偶、熱電阻作為溫度傳感器從19世紀發展至今已被廣泛應用于石油、化工、水利、航天、電力、核電等眾多行業領域。高效、準確、可靠已經越來越成為熱電偶、熱電阻檢定工作的發展趨勢和需要。由于傳統的檢定系統采用靜態標定形式,控溫及數據采集處理均需要人工參與完成, 存在著標定時間長, 勞動強度高、計算重復繁瑣、效率低、容易出錯等缺點。因而,當前熱電偶、熱電阻的檢定工作基本上都采用了自動檢定系統, 整個檢定過程基本上不需要人工干預。
根據檢定規程, 目前的自動檢定系統普遍采用了高溫檢定爐和油槽作為熱電偶、熱電阻進行檢定的恒溫設備,但這兩種設備體積較大,具有較大的熱慣性, 因此對控溫要求精度較高,一旦超調,溫度很難降下來,特別是油槽的降溫速率非常慢。所以,自動檢定系統從升溫、恒溫、再到完成數據采集處理完成一個檢定點的時間至少在半個小時以上,而且為了節約時間,總是選擇從低溫點到高溫點進行檢定。干體爐具有控溫精度高、體積小, 熱慣性小的特點,溫升、溫降的速率較快,從升溫到恒溫到數據采集處理時間非常短,而且高檔的干體爐帶制冷功能, 降溫非常快, 因此采用干體爐作為 恒溫設備非常方便和快捷。

當前能夠同時完成對熱電偶、熱電阻檢定的檢定系統還很少見,即使有功能也較為簡單,不能滿足實際的各種不同型號熱電偶、熱電阻混合檢定的需求。

2 系統組成及工作原理
2.1 系統硬件組成
熱電偶、熱電阻自動檢定系統的硬件主要由三大模塊組成,
①溫度伺服控制模塊(干體爐、控溫偶);
②數據采集模塊(接線臺、掃描開關和數字萬用表);
③數據處理模塊(計算機、打印機)。
在系統的硬件組成中, 溫度伺服控制模塊采用了ATC系列干體爐, 該爐具有雙區域加熱及制冷功能, 溫度穩定性非常好,可以控制在℃范圍內, 溫度范圍在 - 45℃~650℃, 有多個溫度區間可選。在熱電偶、熱電阻檢定中標準器可以有多種選擇, 非常靈活、方便。例如可以選擇使用ATC系列干體爐內置的標準偶, 也可以選擇外接檢定單位自有的標準偶 , 或者選擇外接干體爐選配的 PT100。接線臺是和熱電偶、熱電阻自動檢定系統相配套的, 為8通道2線制、3線制, 自帶冷端補償器, 主要目的是為了方便接線, 提高檢定效率。在該系統中可以不選擇接線臺, 將溫度信號直接接到掃描開關上即可。掃描開關采用專為本系統自行設計的低熱電勢開關, 開關的寄生電勢小于0.4V,可以進行自動控制和手動控制, 帶大屏幕 LCD顯示, 可靠性高,壽命長。數據信號的測量使用 ATC 系列干體爐上自帶的本體表, 該表具有 24 位 A/D 轉換功能, 當然也可以六位半數字電壓表(HP34401A 或 K2000)進行數據采集。計算機采用工控機或品牌商用機以保證系統的穩定性。整個系統用到 2 個串口,由于當前主流計算機只有 1 個或沒有串口, 所以可以借助1拖4串口卡實現多串口的應用功能。

2.2 系統軟件設計
考慮到系統的可擴展性和日后的可維護性, 以及C++語言強大的面向對象的特性和 MFC 的強大功能, 所以熱電偶、熱電阻自動檢定系統的軟件采用了微軟的 VC++6.0 進行設計開發。軟件設計基于面向對象設計理念, 整個檢定軟件都是由不同的對象組成的, 根據檢定規程的要求設計實現了許多相對獨立的類, 根據系統不同的功能隨時可以通過現有的類進行組合、擴展, 編寫出新的功能軟件。目前, 該軟件可以適應基于 Windows平臺的不同的操作系統。主要功能包括:系統參數設定、自動檢定、90 溫標查詢、數據報表查詢和打印等。

在軟件設計中,充分考慮到了各種不同型號熱電偶、熱電阻混合檢定的需求,設計出合理的檢定流程,實現了混合檢定的功能。

2.3 系統工作原理
按檢定規程要求設定檢定溫度,利用編寫的檢定專業軟件通過串口將需要檢定的各檢定溫度及對應控溫參數依次發送給ATC系列干體爐,干體爐會自動控制升溫、恒溫,同時計算機定時監視干體爐中的控溫儀表工作情況。當計算機監測到控溫儀表到達或接近設定溫度, 并且每分鐘溫度變化滿足設定條件時,馬上啟動掃描開關對標準偶進行監控,一旦滿足檢定規程要求就將標準和被檢偶的數據讀入計算機進行計算、處理、保存。待所有檢定點完成后,可以將測量的原始數據和計算結果以及最后結論以表格形式打印輸出。

3 與常規自動檢定系統的分析比較
3.1 結構緊湊、使用靈活
目前大多數熱電偶、熱電阻自動檢定系統結構如圖所示。檢定高溫爐或油槽的恒溫場主要由溫度控制器進行控制,計算機通過串口與溫度控制器、掃描開關以及數字萬用表進行通信, 發送控制命令和接收數據。在常規自動檢定系統中, 普遍采用高溫檢定爐用于熱電偶的檢定, 采用油槽用于熱電阻的檢定, 需要不同的溫度控制器。而干體爐集溫度控制器、數字萬用表和恒溫爐于一體, 簡化了系統結構。干體爐自身就是一個便攜式溫度檢定系統, 與掃描開關、PC 機配合后即可成為實驗室內的可檢定多只溫度元件的檢定系統,結構非常緊湊,使用方便靈活。

3.2 檢定效率高
首先,干體爐的體積小,控溫精度高,而且具有制冷功能,所以在工作溫度區間內可以很快地將溫度控制在任意設定點。其次,在該系統中計算機在干體爐溫場沒有達到穩定狀態之前只是對干體爐進行監視, 而不參與控制, 所以在計算機不參與控制的期間, 還可以做許多其它工作, 提高了計算機的使用效率。最后, 通過優化判定干體爐溫場達到穩定的條件, 使得當對標準偶或標準阻進行監控時, 達到檢定規程所要求的條件的概率較大, 避免了多次啟動和退出對標準偶或標準阻監控的過程。

3.3 熱電偶、熱電阻混合檢定
常規自動檢定系統只能檢定單一種類的溫度元件, 即熱電偶和熱電阻中的一種,不能混合檢定,而且不能在低于室內溫度的設定溫度點上進行檢定。
而利用本文所設計的自動檢定系統不僅可以對熱電偶和熱電阻進行混合檢定, 而且甚至可以在 0℃以下進行檢定, 非常靈活、方便。但限于干體爐的工作溫度范圍在-45℃~650℃, 本系統不適合對超過650℃的檢溫點的檢定。

4 結束語
基于AMETEK的JOFRAATC系列干體爐的熱電偶、熱電阻自動檢定系統的實現極大地提高了檢定效率, 不僅縮短了檢定時間, 而且解決了熱電偶和熱電阻進行混合檢定的實際需求。該系統控溫精度高, 并結合計算機技術, 實現了熱電偶和熱電阻自動檢定、數據存儲、報表打印、歷史記錄查詢等功能 , 具有操作簡單、高速快捷、穩定可靠等特點。

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