CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統在韶鋼的應用

旋石嬋 楊 艷 鄭自成

（寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司 設備管理部計量中心，廣東 韶關 512000）

0 前言

熱電偶是比較常用的溫度檢測傳感器，它具有測量精度高、測量范圍廣、使用方便等的特點，在工業測量中得到了廣泛的應用，它的準確性直接關系到測量數據的量值傳遞，因此工業熱電偶的檢定也就成為了一項非常重要的工作。在傳統熱電偶檢定過程中，是用電位差計根據檢定規程通過手動轉換開關讀取在不同檢定點中標準熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢值的，檢定步驟、數據采集和處理都需要人工完成，這樣的檢定方法需要的檢定時間比較長，而且容易出錯，影響檢定效率。在工程熱電偶數量及其多且急需投入生產時難以滿足顧客和企業的需要。隨著計算機技術的發展，研發一種熱電偶自動檢定系統成為了一種趨勢。

CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統是根據國家現行的計量檢定規程，利用數據采集技術、現代計算機控制和處理技術研發的一種自動檢定裝置，軟件具有開發界面友好、功能完善、數據處理科學準確等的特點，系統完全能夠滿足各種工業熱電偶檢定的需要。

1 系統工作原理及功能

系統的硬件主要是由熱電偶臥式檢定爐、冰點恒溫器、標準熱電偶、低電勢掃描開關、數字多用表、退火裝置、退火爐等組成。系統檢定方法是采用雙極比較法進行，將被檢熱電偶和標準熱電偶捆綁在一起放入檢定爐后，計算機通過溫度控制裝置控制爐溫，使爐溫升到預定的檢定點附近后，保持數幾分鐘，使熱電偶達到熱平衡，觀察爐溫的變化情況，當爐溫情況達到了檢定規程的要求后，系統將會指示數字多用表進行功能轉換，按照規程要求的順序讀取低電勢掃描開關各個通道的數據，然后對這些數據進行分析處理并保存到系統數據庫中，通過打印機打印出來。以下是系統的構成圖:

為了能夠滿足檢定規程的要求和檢定過程中的實際需要，系統軟件設置了:檢定參數的輸入，檢定數據處理包括熱電偶冷端溫度的計算、檢定爐實際溫度的計算，被檢熱電偶的溫度誤差計算，檢定過程狀態顯示，爐溫控制狀態的顯示，標準熱電偶的參數輸入，恒溫時間控制，原始數據的查詢和導出，升溫曲線顯示，檢定原始記錄的打印等的許多功能。系統的檢定步驟如下。

2 檢定步驟

2.1 穿絕緣管及捆扎

將偶絲從保護套管抽出，在給新制熱電偶穿上絕緣管前，先戴上特定的干凈的手套，以防手中的物質污染偶絲。檢定貴金屬熱電偶時，選擇特定的貴金屬臥式檢定爐，熱金管將標準偶和被檢偶穿上孔徑約為1mm的絕緣瓷管，露出部份套上塑料管。用鉑絲將標準與被檢熱電偶捆扎成束，將所有的測量端對齊使之處于同一平面上，并且露出絕緣管約10mm，使被檢熱電偶沿標準熱電偶均勻分布。檢定廉金屬時，標準偶必須還要套上石英管作為保護套管，以防標準偶被污染，廉金屬的測量端也要和保護套管內的標準偶測量端對齊，并且露出絕緣管約20mm采用的捆扎線必須是特定廉金屬捆扎偶絲，原則上必須選擇臥式廉金屬檢定爐。

2.2 退火

根據檢定規程的要求，新制的熱電偶必須進行爐中退火。將退火爐的控溫偶裝好，熱電偶在退火裝置中設置退火爐的溫度1100℃，將捆扎好熱電偶的熱電極穿上絕緣管后,放入專用退火爐的均勻的溫場中，用石棉封住退火爐兩端的爐口 ,從退火爐的溫度達到1100℃時開始計時,2小時后關掉退火爐。待熱電偶在退火爐中自然冷卻后，從檢定爐中拿出，準備下一步的檢定工作。

2.3 開啟硬件及裝爐

打開數字多用表電源開關，低電勢掃描開關電源開關、溫度控制裝置、微機顯示器及主機電源開關預熱至少半個小時以上。將已經捆扎好的熱電偶束，放置于檢定爐爐膛中央，通過檢定爐配置的支架，調整熱電偶測量端在檢定爐內的位置，保證測量端與兩端爐口的距離一樣，和熱電偶測量端處于爐膛橫切面中央，既不過高也不過低，保證測量端不接觸到爐壁。位置調整準確后，在檢定爐的另一端將控溫偶套上保護套管斜放入爐膛中央，使測量端接觸到爐壁，另一端連接到溫度控制裝置。全部完成后用石棉塞緊封住兩端的爐口，避免在檢定的過程中爐內的溫場受外界環境的影響，保證檢定爐溫場的波動性達到要求的范圍。

2.4 參考端的處理

在熱電偶露出檢定爐部分用絕緣塑料套管套緊，同時對參考端做相應的處理。根據熱電偶參考端的不同，系統設置了兩種補償方式一種是冰點補償另外一種是自動補償，在使用的過程中，可根據需要選擇相應的補償方式，使用冰點補償時可這樣進行:在冰點恒溫器中埋入冰水混合物，將熱電偶的參考端正負極與對應通道單芯銅導線的正負極聯結好并用絕緣的塑料套管套緊，然后插入裝有酒精的玻璃管中，保證參考端處于恒定的溫場中，此時0℃作為參考溫度。選擇自動補償方式時，將熱電偶的參考端正負極與對應通道單芯銅導線的正負極聯結好并用絕緣的塑料套管套緊，將系統配置的鉑電阻處于熱電偶參考端的周圍以測熱電偶參考端周圍的環境溫度，系統將從掃描開關的第9通道中讀取鉑電阻數據作為參考溫度，然后根據檢定規程進行數據處理。

2.5 啟動檢定軟件設置參數

上述的步驟完成后，開始啟動系統軟件。點擊點腦桌面TCM-6.exe，進入基本參數設置。點擊“標準管理”項，在框中輸入一等、二等標準偶的信息，包括鋅、鋁、銅點電勢值，標準偶的檢定日期、有效日期、證書編號等。點擊“新建”，選擇檢定爐的類型:標準爐還是短型爐，哪支標準偶，被檢熱電偶的數量、補償方式等，點擊“確定”后，進入被檢熱電偶具體參數設置畫面，選擇被檢熱電偶的通道，對應地輸入被檢熱電偶的信息如分度號、等級、偶絲直徑、送檢單位、生產廠、送檢日期、有效日期等，輸完后，點擊“添加”進行下一支被檢熱電偶的信息設置，系統總共設置了9個通道，其中在自動補償中的鉑電阻占第9通道，剩下8個通道，再除去標準偶本身占的一個通道，系統一次總共可以檢定熱電偶的數量是7支。選擇檢定點，檢定貴金屬時，系統自動設置鋅、鋁、銅三點，也可以自定義選擇檢定點。檢定廉金屬時，根據檢定規程，按照偶絲直徑選擇相應檢定點。待所有信息填寫無誤后，再檢查所有的的設備開啟無誤后，點擊“確定”鍵，系統進入自動檢定狀態。

2.6 觀察檢定過程

系統進入自動檢定狀態后，進入升溫曲線圖畫面，最開始出現的曲線是控溫儀的狀態曲線，在檢定點附近時，出現標準偶的曲線，系統是根據檢定爐內的情況在進行相應調整，以確保達到檢定要求時進行數據采集，根據國家檢定規程的要求，當爐溫距離檢定點0.2℃時，波動度在0.02℃/min系統方采樣。畫面左邊是被檢熱電偶和標準熱電偶的基本信息，畫面右上角顯示控制溫度的狀態，恒溫時間控制，曲線細分。曲線圖下方顯示采集熱電偶的數據，在畫面下方顯示通道的對應被檢偶的信息。在檢定過程中根據畫面顯示的信息和曲線判斷系統的狀態。系統出現異常時，可中途停止檢定，在畫面的右上方按“停止檢定”鍵待檢查完錯誤后，可恢復檢定，再在點擊“開始檢定”。在使用的過程中可根據爐溫情況，自行進行強制采樣，強制采樣數據完后，系統將會出現對話框自動詢問“是否要保存數據”，選擇“否”時，系統將不保留采集完的數據，并且重新進入恒溫狀態，此時可適當延長恒溫時間?？僧嬅娴南路酵ǖ篮蛯粰z偶的信息，來判斷被檢偶的接線情況。也可通過觀察曲線圖來判斷系統是否出現異常。

3 系統的校準

為保證系統的準確性和可靠性，系統必須要符合校準規范JJF 1098-2003《熱電偶熱電阻自動測量系統校準規范》里面技術要求。在對系統進行校準前準備8位半8508A數字多用表，1mm單芯銅導線若干條和0.02級標準信號源，標準熱電偶一支、被檢熱電偶一支。

掃描開關寄生電勢的校準:將掃描開關的輸入端分別用銅導線進行短接；用銅導線將掃描開關的輸出端短接后接至8508A數字多用表的輸入端；20min后將數字多用表清零，并剪斷掃描開關輸出端的短接線；依次切換掃描開關通道進行測量，每個通道停留60s；記錄絕對值最大的電勢值；斷電5min后重復上述的動作，反復測量3次，取各通道3次測量的最大值為該通道的寄生電勢值。

通道間數據采集差值的校準:將系統升至銅點，將掃描開關的輸入端分別用銅導線短接后與信號源相連，在數字多用表上分別讀取各個通道的采樣值，反復測量3次，取各通道采集結果的平均值作為通道數據采集值，計算其中最大值為通道間數據采集差值。

重復性測試:將標準熱電偶放進檢定爐爐膛中央，將系統升至銅點，按系統正常運行連續測量三次，每次測完將系統降溫50℃左右后重新升溫，待恒溫后記錄數據，三次測量結果最大差值為。

測量數據結果驗證:將被檢熱電偶與標準熱電偶捆綁成束，放入檢定爐檢定，系統自動計算鋅、鋁、銅三點的示值誤差，與人工根據檢定規程計算的相差0μV1 μV滿足校準規范的要求。

系統在投入使用前，經過試驗校準與人工手動測量相比較，校準結果滿足JJF 1098-2003《熱電偶熱電阻自動測量系統校準規范》里面掃描開關寄生電勢0.4μV，通道間數據采集差值1μV， 系統的重復性1.5 μV的技術要求，達到相關的技術指標，系統具有比較高的準確性和可靠性。

4 結束語

CIMM-TCM-6熱電偶自動檢定系統實現了熱電偶自動檢定、數據存儲、原始記錄查詢及打印等許多功能。系統具有比較高的準確性和可靠性，完全能滿足工業熱電偶量值傳遞的需要，具有操作簡單，檢定效率高等的特點，在工業企業中得到了很好的應用。

［1］JJF 1098-2003熱電偶熱電阻自動測量系統校準規范[S].

［2］李吉林,汪開道,張錦霞,蔡懷禮,編.溫度計量[M].中國計量出版社.