熱電偶自動檢定系統若干問題的探討

張雪峰

（上海市計量測試技術研究院,上海 201203）

1 引言

為了檢定熱電偶，相應的檢定裝置被研制出來，隨著計算機的普及和數字式儀表的發展，熱電偶的自動檢定系統有了很大的發展，本文對其中的一些具體細節進行了探討。

2 自動檢定系統的組成和原理

2.1 系統的組成

傳統的熱電偶自動檢定系統主要由熱電偶檢定爐、控溫儀表、轉換開關、數字多用表和計算機及相應的配套軟件組成。

2.2 系統的原理

對熱電偶的檢定采用的是比較測溫法，其工作過程大致由兩部分構成，即控溫過程、數據采集及處理過程。將被檢熱電偶和標準器捆扎好后放入熱電偶檢定爐中，然后進行升溫保溫，達到測量要求后，數字多用表通過轉換開關讀取標準熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢值，通過計算機計算誤差值完成檢定。

3 檢定過程中若干問題的改進和探討

3.1 三段控溫提高檢定爐溫場

檢定爐溫場極大地影響著熱電偶檢定的準確性，以K型熱電偶為例，根據JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》的要求，檢定爐在1000℃時中心軸向需要分別有60mm溫差不超過1℃，徑向不超過1℃的溫場，由于工業用熱電偶直徑粗，焊點大，熱電偶的捆扎對檢定結果會有不小的影響。

為了克服單點控溫給溫場帶來的局限性，三段控溫的熱電偶檢定爐被研制出來，通過調試，其溫場可以達到200mm內0.5℃的溫差，可以大大提高檢定的精度，減小測量的不確定度。

3.2 控溫系統和測溫系統的整合

在傳統的熱電偶檢定系統中，控溫系統和測溫系統是分開的。由控溫表和控溫熱電偶控制爐溫，升溫到檢定溫度點附近后，再讀取標準熱電偶的溫度（即爐內標準被檢的實際溫度）進行控溫穩定度的判定，達到測量要求后開始進行測量。在實際檢測中就會發現，當控溫儀表達到檢測溫度時，爐內的實際溫度通常還會有幾十攝氏度的差距，升溫和溫度的穩定可能還要需要半小時左右的時間，這就造成檢測時間長。這是由于控溫儀表的PID參數是對控溫熱電偶而言，標準熱電偶由于和被檢捆扎在一起，由于熱傳遞慢導致了滯后性，所以可以將標準熱電偶作為控溫熱電偶，對PID參數進行重新調節整定，可以較少升溫和恒溫的時間，提高檢測效率。

3.3 多路數據采集代替傳統的轉換開關加數表

在傳統的檢定系統中，由數字多用表控制轉換開關運轉，讀取標準和被檢的數據，采用標準—被檢1—被檢2—…—被檢N—被檢N—…—被檢2—被檢1的順序讀取數據2次，在一定程度上消除了讀取過程中溫度變化產生的影響，但還是存在一定的誤差。由于轉換開關的特性，一次轉換和讀取數據的時間在2秒左右，當被檢數量較多時，讀取的時間就比較長。

用多路數據采集卡（如堆棧式數字測溫儀）同時讀取標準和被檢的數據就可以極大地消除上述誤差影響，也節約了測量的時間。

3.4 參考端溫度的處理

熱電偶的熱電勢與測量端溫度和參考端溫度有關，參考端溫度的準確性也極大影響熱電偶檢定的準確性。在檢定規程中需要將熱電偶的參考端放在冰點，在實際操作中，工業熱電偶很難操作，通常是將被測熱電偶的參考端放置在一個恒溫箱中，測量恒溫箱的溫度進行溫度補償。但是恒溫箱中，溫度的不均勻性也會給測量帶來不小的誤差，通常在0.5℃以下，相比Ⅰ級K型熱電偶在400℃的允許誤差±1.6℃來說已經算不小。

用熱電偶補償導線會是一個更好的選擇，熱電偶補償導線穩定性較好，進行計量后得到相應溫度點的誤差值，只需對測量結果進行相應的修正即可。

4 結語

工作用廉金屬熱電偶檢定規程由于年代較為久遠，測量方法和設備要求已經落后于時代的發展。對上述問題的一些探討，可以有效地提高測量精度，提高測量效率，其中的一些方法已經在實際工作中使用，得到了驗證。

[1]JJG351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規程[S].

[2]JJF1098-2003熱電偶、熱電阻自動測量系統校準規范[S].

[3]國家技術監督局計量司 1990國際溫標宣貫手冊[S].

[4]仝衛國.基于虛擬儀器的熱電偶自動計量檢定系統[M].微計算機信息,2004.

[5]凌子松.熱電偶熱電阻溫度自動檢定系統[D].吉林大學,2005.

[6]黃艷巖.LabVIEW平臺下工業熱電偶自動檢定系統[D].中國計量科學研究院,2004.

[7]付志勇.溫度綜合自動檢定校測系統[M].中國測試技術,2005.