溫度繼電器溫度特性測試設備研制

摘要：本文詳細介紹了溫度繼電器溫度特性測試設備的主要功能及工作原理，重點闡述了控制過程分析和軟件設計的實現方法。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/203225.htm

關鍵詞：溫度繼電器；測試；控制

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.010

引言

溫度繼電器是一種對溫度敏感的熱保護元件，它將雙金屬片溫度傳感部分和動作執行裝置集中于一體，當周圍的溫度過高時，可使溫度繼電器觸點迅速斷開，從而在電路中起到保護作用。

由于雙金屬片溫度繼電器具有溫度敏感特性，其形狀在某個溫度點（突跳溫度或稱為動作溫度）具有突跳性，而在另一個溫度點（回復溫度）又能恢復原來形狀，而且精確性、重復性好，因而被廣泛應用在溫度控制和過熱保護場合。但是怎樣快速準確地對溫度繼電器動作溫度和回復溫度進行測試，是溫度繼電器研制和生產中必須解決的問題。

設備的組成及主要功能

設備的組成

本設備有如下部件：測試柜臺、計算機主機、17吋液晶屏顯示器，激光打印機，制冷機，加熱器、UPS電源、溫度控制箱及冷熱風循環系統、溫度控制及記錄系統、通斷狀態采集系統、溫度繼電器工裝盤夾具等部分組成，其計算機主機采用高性能工業計算機，內裝64路輸出控制卡和64路輸入檢測卡。

主要功能

本設備主要為微型溫度繼電器產品的溫度特性自動化測試而專門設計，可對小批量不同規格的微型溫度繼電器產品進行動作溫度和回復溫度檢測，滿足GJB1517A—2011《恒溫繼電器通用規范》空氣測定法要求，當溫度分別在動作和回復溫度范圍±2.8 ℃以內時，溫度變化的速率應不大于0.55 ℃/min；其測試系統采用PID控制技術，溫度傳感器檢測循環空氣箱內空氣溫度，加熱系統、冷風系統自動控制溫度，溫度按設定的程序進行升溫或降溫，溫度升降均勻，且超調較小。

測試系統能支持多種測試模式，通過顯示器界面顯示測試過程參數，通過鍵盤可輸入動作溫度上下限、回復溫度上下限、產品型號規格批次等試驗參數，檢測每個被測溫度繼電器兩極的通斷狀態，并記錄每個溫度繼電器動作溫度、回復溫度，計算其差值，與預先輸入的標準范圍比較，判斷其合格與否；同時計算每一件被測產品的動作溫度與回復溫度差、動作溫度和回復溫度平均值、均方差及CPK值，最后按形成設定格式的檢驗報告，通過激光打印機打印輸出結果。

本設備除參數輸入和工件裝夾外其他工作完全自動進行，并具有不合格報警顯示功能，數據導出、保存功能。

主要技術指標

（1）測試溫度繼電器產品工位數100個；

（4）測試面任意點溫度波動度：±0.5℃；

（5）溫度控制方式：PID控制，強迫循環風；

（6）溫度升降速率可設置，且溫升速率能以5℃/min接近標定溫度；當溫度接近標定溫度公差范圍上下3℃以內時，溫度變化自動調節為速度≤0.5℃/min；

（7）電源：AC220V，5KW；

（8）設備外型尺寸：1800mm（長）×900mm（寬）×1650mm（高）。

工作原理及測試要求

工作原理

自動測試系統基于PC總線，PC總線工業I/O模板產品的開發與應用是隨著人們對工業數據采集、數據通信以及由PC機監控實現現場控制的各種要求而發展起來的，它是工業PC機系統模塊化、系列化、標準化的重要基礎。由于其靈活性、可擴展性、可靠性和可維護性具佳，并有適應性強、性能價格比高和開放式結構等優點，已被廣泛應用于工業控制系統。

隨著控制對象日益復雜，控制規模的不斷擴大，對I/O模板智能化和高速化的要求越來越高；智能化I/O模板不僅能完成工業現場的數據采集和控制任務，還具有多種復雜計算和處理功能以及網絡通信能力；這種工業I/O模板在工業PC機的控制下可組成較大規模的控制系統，完成更為復雜的控制任務。典型的工業PC機及其I/O模板組成的工業控制系統如圖1所示。

PC機有很高的運算速度，有很充足的系統資源，程序的修改非常方便快捷，非常有利于系統的改進及功能擴展。而且，測試過程中使用的是可視化界面，用鼠標或鍵盤直接操作，操作效率及操作準確率是單片機系統無可比擬的，另外系統的電路設計較簡單，容易實現模塊化，非常有利于系統的功能擴展，通用性強。

測試要求

控制過程分析

升溫過程

系統的比較理想的升溫過程溫度曲線如圖2所示。其中

minT=actT-errT-2.8

maxT=actT+errT+2.8

式中 minT—最低控溫點

maxT為最高控溫點，actT為動作溫度點，errT為動作溫度整定值。

（1）在時間段0～t1內，為非算法控制階段，輸出的導通時間為全周期，在此時間段內控制的目標溫度為minT。

（2）從實際溫度達到需要進行控制的溫度ctrT（

（3）經過t1～t2時間段內的預備控制調整，當溫度上升到minT，即運行進入t2～t3時間段時，系統已經比較穩定，溫升速度可以較好地控制到要求0.50℃/min左右。

（4）當realT（實際溫度）大于maxT后，即待測溫度繼電器在升溫過程中理論上都已應該動作過一次了，也即升溫測試過程已可以結束了，所以不再需要用PID控制，只需全功率加熱，達到一定溫度后就可進入降溫測試過程。

降溫過程

當realT（實際溫度）達到一定溫度（downT）后系統進入到降溫測試過程，因為此時系統的溫度與highT偏差不大，為了保證系統進入lowT～highT范圍內以后不出現大的超調，此時就開始用PID算法進行控制。系統的比較理想的降溫過程如圖3所示。

（1）在時間段t4～t5內，控制的溫度目標為highT。

（2）經過t4～t5時間段內的預備控制調整，當溫度下降到highT，即運行進入t5～t6時間段時，系統已經比較穩定，降溫速度可以較好地控制到要求0.30℃/min左右。

（3）當溫度達到lowT后，即降溫測試過程已經結束，可以不必進行嚴格的控制了，只需全功率制冷（關加熱器）至室溫。如果沒有進行過升溫測試過程的話，降到較低溫度后再進入升溫測試過程。

測試軟件設計

升溫過程計算方法

要實現圖2中比較理想的升溫過程溫度曲線，采用三階段升溫時間控制方法；升溫算法控制程序框圖見圖6。

降溫過程計算方法

要實現圖3中比較理想的降溫過程溫度曲線，采用二階段降溫時間控制方法；降溫算法控制程序框圖見圖7。

歷史數據查詢模塊

該模塊用于查詢保留的測試信息，原保留測試信息保存在ACCESS數據庫中，在該數據庫中定義了一個數據表和6個字段，定義如下：

數據庫查詢采用ADO方式，用VB SQL語言編寫程序。

參數設置模塊

該模塊用于設置系統參數，并保存在一個文件中。設置的參數內容有：繼電器產品型號、測試類型、動作溫度、動作溫度偏差、回復溫度、回復溫度偏差，測試通道選擇。參數設置模塊程序流程圖見圖8。

系統保護（即報警程序）

系統的正常工作范圍為50℃～200℃，最大可以達到的工作范圍為40℃～220℃，為了保護系統，設定系統進行提醒及報警的溫度范圍為實際溫度小于45℃或大于210℃。保護報警及進入狀態判斷子程序框圖見圖9。其中：min 為升溫時的最低控溫點，high 為降溫時的最高控溫點。

人工干預模塊

該模塊功能是當溫度不適合進行測試時，由人工進行干預，使之達到一個合適的溫度。提供4種執行功能：開始加熱、停止加熱、開始降溫、停止降溫。該模塊設計了一個溫度監視功能，每5秒鐘對溫度進行一次測試，并顯示在界面上。人工干預溫度程序框圖見圖10。

編程及用戶界面

與傳統儀器相比，虛擬儀器自身不帶任何儀器面板，利用PC機強大的圖形環境和在線幫助功能，建立圖形化的虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數據采集、數據分析和數據顯示功能。虛擬儀器系統由用戶而非儀器廠商定義；儀器硬件模塊化，可重用和重新配置；系統功能、規模可通過修改軟件、更換儀器硬件而增減；技術更新速度快，開發維護費用低。在虛擬儀器中，儀器硬件僅起著信號的輸入、輸出功能，軟件才是整個儀器的關鍵。

本系統的編程語言可以選用C語言、C++語言、VB以及VC等語言。因為VB自帶很多控件，界面設計比較容易實現，程序代碼編制也比較簡單、方便，故本測試系統的應用軟件采用VB語言來實現。用戶界面如圖11所示。

結論

通過實際測試驗證，本設備系統完全達到了GJB 1517A—2011《恒溫繼電器通用規范》中空氣測定法要求，實現了溫度自動測量、自動控制及溫度繼電器的自動測試；同時，本設備的研制也代表了溫度繼電器自動測試的一種發展方向，具有低投入、高性能、易擴展、易操作的優點，是一種通用性很強，具有發展前途的虛擬測試設備。

參考文獻：

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