熱電偶傳感器檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理

陳 權(quán) 付茂岳 張 于 盧從俊

(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所(航天514所)，北京 100086)

根據(jù)《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》的要求，不同規(guī)格和準(zhǔn)確度的熱電偶具有不同的最大允許誤差[1]，熱電偶示值誤差的計(jì)算公式很復(fù)雜，檢定人員進(jìn)行示值誤差計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)繁多、計(jì)算繁瑣、判斷麻煩且易出錯(cuò)。而市場(chǎng)現(xiàn)有的熱電偶檢定全自動(dòng)設(shè)備價(jià)格又比較高，一般的二、三級(jí)計(jì)量站受限于資金和較少的業(yè)務(wù)量，購(gòu)買(mǎi)全熱電偶全自動(dòng)檢定設(shè)備的比較少。為此，筆者設(shè)計(jì)了具有數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和判斷功能的Excel應(yīng)用程序，原始讀數(shù)通過(guò)數(shù)字電位差計(jì)傳輸軟件導(dǎo)入到編制好的Excel程序，通過(guò)程序自動(dòng)計(jì)算檢定數(shù)據(jù)并判斷檢定結(jié)果。每次檢定時(shí)只需輸入環(huán)境條件、被檢熱電偶的基本信息和檢定溫度點(diǎn)，無(wú)需手工計(jì)算，即可得出檢定結(jié)論，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理程序，就能夠完成熱電偶的日常檢定工作。

1 熱電偶示值誤差計(jì)算①

熱電偶的檢定方法：300℃以下時(shí)在油恒溫槽中用標(biāo)準(zhǔn)二等水銀溫度計(jì)以比較法測(cè)量；300℃以上時(shí)在管式爐里用標(biāo)準(zhǔn)偶以比較法進(jìn)行。熱電偶檢定結(jié)果的計(jì)算公式[2]如下：

Δe=e被平均值+S被Δt檢-e分

(1)

Δt=Δe/S被

(2)

式中e被平均值——被檢熱電偶在檢定點(diǎn)附件附近溫度下，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算術(shù)平均值；

e分——被檢熱電偶在分度表查得的某檢定點(diǎn)溫度的熱電動(dòng)勢(shì)；

S被——被檢熱電偶在某檢定點(diǎn)溫度的微分熱電動(dòng)勢(shì)；

Δe——被檢熱電偶在某檢定點(diǎn)溫度的熱電動(dòng)勢(shì)誤差；

Δt——被檢熱電偶在某檢定點(diǎn)溫度下的示值誤差；

Δt檢——檢定點(diǎn)溫度與實(shí)際溫度之差。

Δt檢的計(jì)算方法為：

300℃以下 Δt檢=t檢-t實(shí)

(3)

300℃以上 Δt檢=(e標(biāo)-e標(biāo)平均值)/S標(biāo)

(4)

式中e標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)上某檢定點(diǎn)溫度的熱電動(dòng)勢(shì)；

e標(biāo)平均值——標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在檢定點(diǎn)附件附近溫度下測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)算術(shù)平均值；

S標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在某檢定點(diǎn)溫度的微分熱電動(dòng)勢(shì)；

t檢——檢定點(diǎn)溫度；

t實(shí)——實(shí)際溫度，由二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)測(cè)得。

2 數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)采用Excel函數(shù)開(kāi)發(fā)，具體流程如圖1所示。

3 應(yīng)用實(shí)例

設(shè)計(jì)如圖2～5所示的熱電偶檢定記錄、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值表、熱電偶各溫度點(diǎn)微分熱電動(dòng)勢(shì)表和熱電偶各溫度點(diǎn)熱電動(dòng)勢(shì)表[3]。

圖1 Excel數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)流程

圖2 熱電偶檢定記錄

圖3 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值表

圖4 熱電偶各溫度點(diǎn)熱電動(dòng)勢(shì)表

圖5 熱電偶各溫度點(diǎn)微分熱電動(dòng)勢(shì)表

采用Excel函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理需要注意：數(shù)據(jù)修約原則的實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)查表功能的實(shí)現(xiàn)和自動(dòng)判斷檢定結(jié)果的實(shí)現(xiàn)[4]。

數(shù)據(jù)修約原則的實(shí)現(xiàn)可采用IF和TRUNC函數(shù)[5]，以熱電偶檢定記錄工作表D3為例：D3=IF((C14*10000-TRUNC(C14,3)*10000)<5,TRUNC(C14,3),IF((C14*10000-TRUNC(C14,3)*10000)>5,TRUNC(C14,3)+0.001,TRUNC((TRUNC(C14,3)+0.001)/2,3)*2))，其中C14表示未修約前的結(jié)果，TRUNC(C14,3)表示截取C14小數(shù)點(diǎn)后第三位之前(包括第三位)的數(shù)值。該公式的目的是把C14未修約前的結(jié)果擴(kuò)大一萬(wàn)倍，然后減去保留小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)數(shù)值的一萬(wàn)倍，得到的就是小數(shù)點(diǎn)后第四位數(shù)的一萬(wàn)倍。如果該數(shù)小于5，就輸出截取C14小數(shù)點(diǎn)后第三位之前(包括第三位)的數(shù)值，即四舍；如果該數(shù)大于5，就輸出截取C14小數(shù)點(diǎn)后第三位之前(包括第三位)的數(shù)值加上0.001，即五入；如果該數(shù)等于5，則進(jìn)行奇進(jìn)偶舍，即先截取C14小數(shù)點(diǎn)后第三位之前的數(shù)值并加上0.001，之后再除以2，再將所得之?dāng)?shù)截取小數(shù)點(diǎn)后第三位之前的數(shù)值后乘以2并輸出。

自動(dòng)查表功能的實(shí)現(xiàn)可采用VLOOKUP函數(shù)，以F3為例，其公式為：=VLOOKUP(C3,標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值表!A2:B15,2)。該式表示會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值表中A2:B15范圍內(nèi)，搜索到C3對(duì)應(yīng)的檢定點(diǎn)溫度，并返回C3所在行中第二列的數(shù)值，即該檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值。

自動(dòng)判斷檢定結(jié)果的實(shí)現(xiàn)可采用IF和ABS函數(shù)，以Q3為例，其公式為：=IF(ABS(N3)<=O3,"一級(jí)",IF(ABS(N3)<=P3,"二級(jí)","不合格"))。該式表示如果示值誤差N3的絕對(duì)值不大于一級(jí)允差O3，則輸出“一級(jí)”；否則如果示值誤差N3的絕對(duì)值不大于二級(jí)允差P3，則輸出“二級(jí)”；否則輸出“不合格”。

最后，為了防止誤操作損壞數(shù)據(jù)公式，對(duì)“熱電偶檢定記錄”工作表中的函數(shù)公式、“標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書(shū)值表”，“熱電偶各溫度點(diǎn)微分熱電動(dòng)勢(shì)表”工作表和“熱電偶各溫度點(diǎn)熱電動(dòng)勢(shì)表”工作表進(jìn)行鎖定保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)檢定記錄Excel程序的編輯，數(shù)字電位差計(jì)與電腦連接，就可以快速高效地得到檢定結(jié)論。在實(shí)際工作中，為了保證上述數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理程序檢定結(jié)論的可靠性，分別運(yùn)用傳統(tǒng)手工方法和上述數(shù)據(jù)傳輸和Excel程序?qū)Χ喔鶡犭娕歼M(jìn)行檢定，通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用筆者設(shè)計(jì)的程序得出的檢定結(jié)論準(zhǔn)確可靠，工作效率和準(zhǔn)確率都有所提高。而且，在筆者給出的方法上進(jìn)行細(xì)微修改，就可以制作出其他各種型號(hào)熱電偶和熱電阻的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。