熱電偶群爐檢定系統的設計與實現

陳永強

摘要：為了提高熱電偶檢定的工作效率，本文詳細介紹了熱電偶群爐檢定系統的構成，采用積木式結構擴展連接，各單元模塊都可以單獨啟動工作，也可同時對多臺檢定爐進行控制，自動采集數據并處理數據，最終實現了檢定過程的自動化。

關鍵詞：熱電偶檢定;群爐

引言

熱電偶是根據熱電效應測量溫度的傳感器，是溫度測量儀表中常用的測溫元件，在溫度量值傳遞體系中起著重要的作用。根據相關國家檢定規程的要求，需要對標準鉑銠10-鉑熱電偶、工作用廉金屬熱電偶進行檢定校準。傳統的的熱電偶檢定裝置采用的是單爐單次檢定，加上升溫和降溫過程時間長，每次最多能檢定4支熱電偶，工作效率較低。于是，亟需對原先的單一模式的熱電偶檢定裝置進行升級改造，來滿足日益增加的檢定工作量的要求，保證熱電偶量值的正常傳遞。

1系統組成

熱電偶自動群控檢定系統是由計算機、打印機、七位半高精度數字多用表、低電勢掃描器、溫度控制儀和GPIB接口板等組成。該系統可同時控制4臺檢定爐，滿足短時間內檢定大批量熱電偶的要求。整個檢定系統以計算機為控制中心，進行數據的存儲、記錄和打印。計算機與數字萬用表之間通過GPIB接口通信，GPIB具有極高的信息傳輸速率，保證了數據采集的準確性。計算機與其它硬件均采用RS485工業現場總線通訊，完成檢定點的切換和溫度控制，通訊距離可達30m，穩定可靠。系統組成如圖1所示。

2系統原理及結構

檢定時將標準偶與被檢偶捆扎成束，使所有熱電偶的感溫頭處于同一截面，然后裝在檢定爐的最高溫區，熱電偶檢定爐負責提供檢定所需的均勻溫場。檢定爐通過電爐絲進行加熱，爐管采用耐火材料制成，保證在溫度上升過程中檢定爐良好的體積穩定性，標準熱電偶和被檢熱電偶測量端始終處在檢定爐最高溫場的中心。

各標準偶與被檢偶的電勢信號通過上下2級低電勢掃描器送至數字多用表，低電勢掃描器是熱電偶與數字多用表之間的樞紐。開關基片采用大面積的敷銀材料，具有很好的延展性、導電性和耐磨性，在使用期間性能可靠，使用壽命大大提高。

數字萬用表負責采集熱電偶電動勢，并轉換成二進制數字信號，通過GPIB接口與計算機進行通訊。當溫度達到檢定要求時立刻采集，結果在顯示屏上進行顯示。數字萬用表的內部采用了運放電路，內阻可以做得很大，往往在1MΩ或更大，使其具有很高的測量精度。

3控溫方案及實現

熱電偶檢定系統中一項最重要的技指標就是升溫的快速性和恒溫的穩定性。由于檢定爐的熱惰性較大，本系統采用以智能PID控制的方法對溫度進行微調精確管理，提高了檢定效率和控溫精度。

系統使用兩種PID控制模式，當實際溫度距離設定溫度點較大時，用PID模式1進行控制，可實現快速升溫，當距設定溫度點5℃以內，用PID模式2進行控制，可實現爐溫穩定性控制。

4軟件工作流程

4.1系統檢定前準備

為使檢定系統正確工作，在第一次運行時，應首先對系統通訊參數、檢定控制參數、檢定單位信息等進行正確的設置。通過點擊軟件主界面工具欄的“設置”按鈕，在彈出的系統參數設置界面上進行設置。

4.2群爐檢定功能

用戶單擊系統主界面工具欄的“群檢”按鈕，彈出“熱電偶群檢系統”界面，用戶點擊窗口上方的“設置”標簽創建檢定記錄。

如圖3所示，界面左側由多個控溫儀面板組成，右側是40路通道列表，每個控溫儀面板主要由功能按鈕區、基本信息、標準器具容器、冷端器具容器和被檢器具容器5個部分組成。

當完成設置后，點擊窗口上方的“檢定”標簽，檢定工作開始。

4.3技術指標

整套系統最終可以達到以下的技術指標，掃描開關寄生電勢≤0.4μV，通道間數據采集差值≤1μV，測量重復性≤1.5μV，恒溫性能，設定點偏差不超過±5℃，檢定點溫度波動性≤0.5℃/6min，測量讀數時波動性≤0.1℃/min，測量數據處理結果驗證≤0.5μV。

結束語

熱電偶群爐檢定系統通過長期的使用情況證明，不但實現同時檢定多支工作用廉金屬熱電偶的工作需要，而且可以滿足同時檢定標準熱電偶和工作用熱電偶的工作需要，有效地統籌了標準和工作用熱電偶檢定時間，更好地保證了熱電偶量值傳遞工作的開展。

參考文獻

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[2]JJF 1637-2017，廉金屬熱電偶校準規范[S].

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