熱電偶自動(dòng)化檢定裝置的設(shè)計(jì)與研究

[摘 要]熱電偶是工業(yè)上最常用的測(cè)溫傳感器，為保證熱電偶使用過程中測(cè)溫性能的準(zhǔn)確性，必須對(duì)其進(jìn)行周期性檢定。以往熱電偶檢定方法中使用的設(shè)備繁雜，操作復(fù)雜，同時(shí)還需要人值守，非常的不方便，基于以上原因，本文設(shè)計(jì)出一款操作簡(jiǎn)單、精度高、可無(wú)人值守的熱電偶檢定系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]熱電偶；檢定裝置；自動(dòng)化；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）21-0010-01

1 概述

熱電偶是工業(yè)上最常用的測(cè)溫傳感器，由于熱電偶在工作時(shí)，是直接與被測(cè)環(huán)境或者被測(cè)物體相接觸，沒有使用其它任何中間介質(zhì)，故其感溫快速，準(zhǔn)確，測(cè)量精度高。當(dāng)熱電偶使用特殊金屬制作時(shí)，可以得到很大的測(cè)溫范圍，還有便是熱電偶通常使用兩種或者多種不同的金屬絲組成，構(gòu)造通常比較簡(jiǎn)單，外形不受大小和形狀的影響，使用時(shí)非常方便。熱電偶在長(zhǎng)期使用過程中，其熱電特性會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致其指示的溫度值失真，造成測(cè)溫誤差逐漸增大。故為了保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性，必須根據(jù)國(guó)家檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范定期檢定熱電偶，依此確定其測(cè)量誤差，從而判定被檢熱電偶是否可以繼續(xù)使用，若誤差大小符合相關(guān)檢定規(guī)程，則給出其修正值，否則視為不合格。

2 以往熱電偶自動(dòng)化檢定裝置的問題

以往對(duì)熱電偶的檢定主要靠人工操作來(lái)完成，根據(jù)檢定人員在長(zhǎng)期工作中所得的經(jīng)驗(yàn)將溫度逐個(gè)的控制在檢定點(diǎn)上，然后再盡量將其保持在一個(gè)恒定的溫度點(diǎn)，然后對(duì)其加以檢定。在檢定的過程中，操作員不僅僅要記錄每次熱電偶檢測(cè)的數(shù)據(jù)，而且還要對(duì)熱電偶進(jìn)行手動(dòng)切換，所以這種人工檢定的方法很難保證達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的檢測(cè)精度，況且在操作人員進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，很難避免手動(dòng)所帶來(lái)的延時(shí)，這就導(dǎo)致測(cè)溫精度不夠高，以及存在一些不必要的人為因素，這樣難保證熱電偶檢定規(guī)程中所規(guī)定的技術(shù)要求。

3 熱電偶自動(dòng)化檢定裝置總體設(shè)計(jì)

對(duì)熱電偶進(jìn)行檢定，其工作過程大致由兩部分構(gòu)成，即控溫過程、數(shù)據(jù)采集及處理過程。檢定依照的都是比較校驗(yàn)的方法，熱電偶自動(dòng)化檢定裝置如圖1，二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)器，溫場(chǎng)由檢定爐提供，數(shù)字萬(wàn)用表作為測(cè)量部分，將采集的數(shù)據(jù)傳入微型計(jì)算機(jī)，在微型計(jì)算機(jī)界面上通過編程來(lái)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)與被校的差別。按不同熱電偶的檢定規(guī)程要求設(shè)定檢定點(diǎn)溫度，利用專業(yè)軟件通過串口將需要檢定的各檢定點(diǎn)溫度及對(duì)應(yīng)的控溫參數(shù)依次送給智能調(diào)節(jié)器，利用智能調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而來(lái)實(shí)現(xiàn)檢定爐升溫、恒溫的自動(dòng)控制，同時(shí)計(jì)算機(jī)定時(shí)監(jiān)視智能調(diào)節(jié)器上的測(cè)溫顯示，當(dāng)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)到控溫智能調(diào)節(jié)器上溫度顯示值到達(dá)或接近設(shè)定溫度，并且每分鐘溫度變化滿足檢定要求時(shí)，馬上起動(dòng)掃描開關(guān)和數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行監(jiān)控，一旦滿足檢定規(guī)程要求即爐溫偏離檢定點(diǎn)溫度不大于5℃且每分鐘變化不超過0.2℃時(shí)，就將標(biāo)準(zhǔn)和被檢偶的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、處理、保存。待所有檢定點(diǎn)都檢定完成之后，可以將測(cè)量的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果及最后結(jié)論以表格形式打印輸出。

數(shù)字萬(wàn)用表是整個(gè)熱電偶檢定系統(tǒng)中核心的部件之一，主要負(fù)責(zé)把標(biāo)準(zhǔn)偶或者被檢偶所得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換值通過串行端口RS-232傳送給微型計(jì)算機(jī)。根據(jù)本系統(tǒng)各性能技術(shù)要求，所選擇的多功能數(shù)字多用表的測(cè)量精度要有6位半以上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同種類信號(hào)的測(cè)量，且對(duì)它的切換是通過微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字萬(wàn)用表串行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣才能使微型計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)現(xiàn)多量程間的切換及讀取測(cè)量數(shù)據(jù)的工作。

4 熱電偶自動(dòng)化檢定裝置的工作流程

熱電偶自動(dòng)化檢定裝置的工作流程：首先微型計(jì)算機(jī)對(duì)智能調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，進(jìn)而來(lái)控制固態(tài)繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制，當(dāng)檢測(cè)到爐溫達(dá)到了被檢熱電偶的檢定點(diǎn)溫度時(shí)，通過軟件編程來(lái)對(duì)爐內(nèi)溫度的變化值穩(wěn)定與否給出判斷。若爐膛溫度值不夠穩(wěn)定時(shí)，則繼續(xù)保持這個(gè)溫度點(diǎn)，直到其達(dá)到穩(wěn)定為止。若爐膛溫度已經(jīng)穩(wěn)定，則開始熱電偶的檢定，微型計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字量信號(hào)控制多路切換開關(guān)順序切換信號(hào)通道，同時(shí)通過串行通信口數(shù)字萬(wàn)用表發(fā)送命令，由數(shù)字萬(wàn)用表順序讀取標(biāo)準(zhǔn)偶及各被檢偶的電壓信號(hào)，然后通過通信端口傳入計(jì)算機(jī)，并且在界面上給予顯示，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，把所處理的數(shù)據(jù)通過調(diào)用VB中的excel數(shù)據(jù)表，存入其中。接著繼續(xù)升溫，到下一個(gè)檢定點(diǎn)，不斷重復(fù)上述的操作，直到把所有的檢定點(diǎn)都檢定完，最后再調(diào)用word，將所得的結(jié)果及被檢熱電偶的具體信息作為書簽插入其中，這樣就完成了整個(gè)檢定的流程，檢定完之后需斷開主回路開關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所論述的熱電偶自動(dòng)化檢定裝置在技術(shù)要求和性能指標(biāo)方面都滿足國(guó)家熱電偶檢定規(guī)程要求。系統(tǒng)可同時(shí)檢定多支熱電偶，對(duì)工業(yè)中使用的熱電偶可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定，這對(duì)實(shí)現(xiàn)熱電偶的檢定降低成本、提高熱電偶的檢定效率有很大的幫助。

由于大部分工業(yè)熱電偶的測(cè)量都是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，所以對(duì)其進(jìn)行檢定需要將其取下來(lái)送到相關(guān)部門進(jìn)行檢定，這不僅需要花費(fèi)一定的時(shí)間，而且工作效率也較低。與此同時(shí)，熱電偶在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，導(dǎo)致其熱電特性發(fā)生了變化，所以，熱電偶自動(dòng)化檢定裝置在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)熱電偶在線檢定工作是將來(lái)的工作趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介

李天宇，男，1986年11月，江陰市計(jì)量測(cè)試檢定所，助理工程師，溫度計(jì)量。