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一种新型的热电偶、热电阻自动检定系统

作者: 发布日期:2021/5/17 14:22:13 浏览:


摘要:设计并实现了一种基于AMETEK的JOFRAATC 系列干体炉的热电偶、热电阻新型快速自动检定系统。该系统不仅控温精度高 , 而且极大地缩短了检定时间, 并且解决了不同型号的热电偶和热电阻进行混合检定的实际需求 , 显著提高了检定效率。该系统结合强大的计算机技术 , 采用微软 VC++6.0 进行软件编程和EXCEL作为数据库 , 实现了热电偶和热电阻的自动检定、数据存储、报表打印、历史记录查询等功能 , 具有操作简单、高速快捷、稳定可靠等特点。

1 引言
热电偶、热电阻作为温度传感器从19世纪发展至今已被广泛应用于石油、化工、水利、航天、电力、核电等众多行业领域。高效、准确、可靠已经越来越成为热电偶、热电阻检定工作的发展趋势和需要。由于传统的检定系统采用静态标定形式,控温及数据采集处理均需要人工参与完成, 存在着标定时间长, 劳动强度高、计算重复繁琐、效率低、容易出错等缺点。因而,当前热电偶、热电阻的检定工作基本上都采用了自动检定系统, 整个检定过程基本上不需要人工干预。
根据检定规程, 目前的自动检定系统普遍采用了高温检定炉和油槽作为热电偶、热电阻进行检定的恒温设备,但这两种设备体积较大,具有较大的热惯性, 因此对控温要求精度较高,一旦超调,温度很难降下来,特别是油槽的降温速率非常慢。所以,自动检定系统从升温、恒温、再到完成数据采集处理完成一个检定点的时间至少在半个小时以上,而且为了节约时间,总是选择从低温点到高温点进行检定。干体炉具有控温精度高、体积小, 热惯性小的特点,温升、温降的速率较快,从升温到恒温到数据采集处理时间非常短,而且高档的干体炉带制冷功能, 降温非常快, 因此采用干体炉作为 恒温设备非常方便和快捷。

当前能够同时完成对热电偶、热电阻检定的检定系统还很少见,即使有功能也较为简单,不能满足实际的各种不同型号热电偶、热电阻混合检定的需求。

2 系统组成及工作原理
2.1 系统硬件组成
热电偶、热电阻自动检定系统的硬件主要由三大模块组成,
①温度伺服控制模块(干体炉、控温偶);
②数据采集模块(接线台、扫描开关和数字万用表);
③数据处理模块(计算机、打印机)。
在系统的硬件组成中, 温度伺服控制模块采用了ATC系列干体炉, 该炉具有双区域加热及制冷功能, 温度稳定性非常好,可以控制在℃范围内, 温度范围在 - 45℃~650℃, 有多个温度区间可选。在热电偶、热电阻检定中标准器可以有多种选择, 非常灵活、方便。例如可以选择使用ATC系列干体炉内置的标准偶, 也可以选择外接检定单位自有的标准偶 , 或者选择外接干体炉选配的 PT100。接线台是和热电偶、热电阻自动检定系统相配套的, 为8通道2线制、3线制, 自带冷端补偿器, 主要目的是为了方便接线, 提高检定效率。在该系统中可以不选择接线台, 将温度信号直接接到扫描开关上即可。扫描开关采用专为本系统自行设计的低热电势开关, 开关的寄生电势小于0.4V,可以进行自动控制和手动控制, 带大屏幕 LCD显示, 可靠性高,寿命长。数据信号的测量使用 ATC 系列干体炉上自带的本体表, 该表具有 24 位 A/D 转换功能, 当然也可以六位半数字电压表(HP34401A 或 K2000)进行数据采集。计算机采用工控机或品牌商用机以保证系统的稳定性。整个系统用到 2 个串口,由于当前主流计算机只有 1 个或没有串口, 所以可以借助1拖4串口卡实现多串口的应用功能。

2.2 系统软件设计
考虑到系统的可扩展性和日后的可维护性, 以及C++语言强大的面向对象的特性和 MFC 的强大功能, 所以热电偶、热电阻自动检定系统的软件采用了微软的 VC++6.0 进行设计开发。软件设计基于面向对象设计理念, 整个检定软件都是由不同的对象组成的, 根据检定规程的要求设计实现了许多相对独立的类, 根据系统不同的功能随时可以通过现有的类进行组合、扩展, 编写出新的功能软件。目前, 该软件可以适应基于 Windows平台的不同的操作系统。主要功能包括:系统参数设定、自动检定、90 温标查询、数据报表查询和打印等。

在软件设计中,充分考虑到了各种不同型号热电偶、热电阻混合检定的需求,设计出合理的检定流程,实现了混合检定的功能。

2.3 系统工作原理
按检定规程要求设定检定温度,利用编写的检定专业软件通过串口将需要检定的各检定温度及对应控温参数依次发送给ATC系列干体炉,干体炉会自动控制升温、恒温,同时计算机定时监视干体炉中的控温仪表工作情况。当计算机监测到控温仪表到达或接近设定温度, 并且每分钟温度变化满足设定条件时,马上启动扫描开关对标准偶进行监控,一旦满足检定规程要求就将标准和被检偶的数据读入计算机进行计算、处理、保存。待所有检定点完成后,可以将测量的原始数据和计算结果以及最后结论以表格形式打印输出。

3 与常规自动检定系统的分析比较
3.1 结构紧凑、使用灵活
目前大多数热电偶、热电阻自动检定系统结构如图所示。检定高温炉或油槽的恒温场主要由温度控制器进行控制,计算机通过串口与温度控制器、扫描开关以及数字万用表进行通信, 发送控制命令和接收数据。在常规自动检定系统中, 普遍采用高温检定炉用于热电偶的检定, 采用油槽用于热电阻的检定, 需要不同的温度控制器。而干体炉集温度控制器、数字万用表和恒温炉于一体, 简化了系统结构。干体炉自身就是一个便携式温度检定系统, 与扫描开关、PC 机配合后即可成为实验室内的可检定多只温度元件的检定系统,结构非常紧凑,使用方便灵活。

3.2 检定效率高
首先,干体炉的体积小,控温精度高,而且具有制冷功能,所以在工作温度区间内可以很快地将温度控制在任意设定点。其次,在该系统中计算机在干体炉温场没有达到稳定状态之前只是对干体炉进行监视, 而不参与控制, 所以在计算机不参与控制的期间, 还可以做许多其它工作, 提高了计算机的使用效率。最后, 通过优化判定干体炉温场达到稳定的条件, 使得当对标准偶或标准阻进行监控时, 达到检定规程所要求的条件的概率较大, 避免了多次启动和退出对标准偶或标准阻监控的过程。

3.3 热电偶、热电阻混合检定
常规自动检定系统只能检定单一种类的温度元件, 即热电偶和热电阻中的一种,不能混合检定,而且不能在低于室内温度的设定温度点上进行检定。
而利用本文所设计的自动检定系统不仅可以对热电偶和热电阻进行混合检定, 而且甚至可以在 0℃以下进行检定, 非常灵活、方便。但限于干体炉的工作温度范围在-45℃~650℃, 本系统不适合对超过650℃的检温点的检定。

4 结束语
基于AMETEK的JOFRAATC系列干体炉的热电偶、热电阻自动检定系统的实现极大地提高了检定效率, 不仅缩短了检定时间, 而且解决了热电偶和热电阻进行混合检定的实际需求。该系统控温精度高, 并结合计算机技术, 实现了热电偶和热电阻自动检定、数据存储、报表打印、历史记录查询等功能 , 具有操作简单、高速快捷、稳定可靠等特点。

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