热电偶、热电阻、一体化温度变送器检测系统的

摘要:为了实现批量检测不同型号热电偶热电阻及一体化变送器，设计并实现了一种群控检测系统,通过低电势扫描开关提高寄生电势,从而提高了测量精度，结合计算机运行实现热电偶的多炉自动检定。系统测试精度高,操作界面友好,大大提高了检定效率。
0引言
　　热电偶温度计及一体化温度变送器广泛应用于科学研究及工业生产中，在长期的使用过程中，热电偶及一体化温度变送器的测温特性会发生改变，导致其温度数据失真,误差增大。为了保证其量值正确,需要根据检定规程对其进行定期的检定和校准。人工检定热电偶及一体化温度变送器不仅费时较长，而且检定结果的正确性受检定人员的经验影响。随着科技的发展，自动检定系统应运而生,大大提高了检定效率,检定结果的正确性也有了一定程度的提高。
　　本套系统在原来热电偶自动检定系统的基础.上进行了创新升级,利用接口技术实现了先进的计算机控制,可控制1~10台检定炉或恒温槽同时进行热电偶的自动检定,配置相应的热电阻检定系统软件及专用接线台也可同时开展热电.阻、热电偶、一体化温度变送器检定(具有分批检定功能,最多10批)。在结构上增加了分级低电势扫描开关与扫描控制系统,各检定炉或恒温槽分别采用RS485总线智能仪表和SSR进行控温,其温度设定、PID参数设置等均可遥控完成,并由上位计算机进行集中控制。检定过程中，系统在计算机的控制下自动完成各检定炉或恒温槽各温度点的连续控温工作,无需人工干预,显著提高了整套系统的测量精度和可靠性,降低了测量结果不确定度。
1系统工作原理
　　群控检测系统以低电势扫描开关作为控制核心,通过对专用软件的操作,计算机通过RS485专用通信板与数字多用表通信,选择相应检定炉或恒温槽对应的低电势扫描开关,通过低电势扫描开关选择相应通道信号，对数据信号做出相应处理，输出控制信号,通过调功器对检定炉或恒温槽进行控温,精密控温完成以后,检测系统会对标准热电偶或标准热电阻通过数字多用表传来的温度信号与控温热电偶或控温热电阻的温度信号进行对比，判断温度稳定性，达到检定恒温要求后,系统会控制两级低电势扫描开关采集数据,计算机对所采集的数据,通过计算处理,再做出合格判定,并保存数据。
　　群控检测系统自动进行控温数据记录和显示，既可集中显示各检定炉或恒温槽的控温参数,又可分别详细显示不同检定炉或恒温槽的工作状态与控温参数,并自动绘制控温曲线。自动实现数椐采.集、处理、传送、存储和文档管理及自动生成检定证书等功能。
2系统硬件设计
2.1高温热电偶群控检测系统的组成
　　高温热电偶群控检测系统主要分为三大模块:控温模块、数据采集模块、数据处理模块。其中控温模块包括检定炉、调功器、控温热电偶、智能仪表;数据采集模块包括低电势扫描开关、数字万用表;数据处理模块包括计算机、打印机。读取直流电压信号,并加以自动化处理。系统框图如图1所示。
 
2.2低温热电偶、热电阻、一体化温度变送器检测系统组成
　　低温热电偶、热电阻、一体化温度变送器检测系统主要分为三大模块:控温模块、数据采集模块、数据处理模块。其中控温模块包括恒温槽、调功器控温热电偶、智能仪表;数据采集模块包括低电势扫描开关、数字万用表;数据处理模块包括计算机、打印机。读取直流电压信号,并加以自动化处理。系统框图如图2所示。
 
2.3硬件设计关键环节
2.3.1低电势扫描开关
　　在群控检测系统采用低电势扫描开关,改进后的扫描开关性能更加优良，可长期保证寄生电势小于等于0.2μV。通过此项改进,减小了寄生电势对热电偶mV信号值的影响,提高了系统的可靠性,降低了测量结果不确定度。
　　扫描器为12点双通道(或四线制)结构,连接两台检定炉或恒温槽，在实现相同功能情况下,整机体积缩小,控制电路结构简化，系统可靠性提高，扩展功能增强,标准化程度提高。
2.3.2数字多用表
　　本系统采用了KETTHLEY2002八位半数字多用表,由于系统降低了寄生电势影响,使数字多用表得到的回传数据更加正确、稳定，直流电压测量最大允许误差达到(1.9x10^-5x读数+9x10^-6x量程)mV,直流电流测量最大允许误差达到(3.5x10^-4x读数+2x10^-5x量程)mA,直流电阻测量最大允许误差达到(1.7x10^-5x读数+4x10^-9x量程)Ω。
2.3.3综合接线台
　　综合接线台兼容了所有热电偶、热电阻,内含三线制电阻转换器,解决了检定工作中繁琐的接线问题,提高了工作效率。
　　使用综合接线台可选择二线、三线、四线制热电阻的接线;检定三线制热电阻时，为减少引线电阻影响,按照规程要求,系统程控接线台可自动切换含一根或两根内引线电阻的接线方式,无需手动更换接线。
2.3.4一体化温度变送器校准
　　群控检测系统通过改进软硬件,实现了对一体化温度变送器的校准,可校准配热电偶或热电阻的一体化温度变送器:0~10mA、4~20mA、1~5V等,系统在硬件结构.上增加了24V电源输出,实现对一体化温度变送器的供电。
3系统软件设计
3.1程序设计
　　系统程序流程图如图3所示。
 
3.2软件设计关键环节
3.2.1检定炉或恒温槽控制
　　热电偶检定对炉温稳定性和热电阻检定对恒温槽温度稳定性要求较高，系统设计了一套专业PID算法,扩大了检定炉或恒温槽的恒温区,通过对调功器的调节，可保证检定炉或恒温槽温度在达到检定温度后,炉温波动不超过0.2℃,恒温槽温度波动不超过0.04℃。
3.2.2测量精度
　　转换开关的寄生电势直接影响热电偶的mV信号值,系统通过对低电势扫描开关的改进大大减小了扫描开关对热电偶的mV信号值的影响，可长期保证寄生电势小于等于0.3μV,从而可支持八位半数字多用表,显著提高了测量精度。
3.2.3四线制电阻测量法
　　四线制电阻测量法彻底消除外接引线电阻。在四线制(四刀)多点转换开关的基础上,增加四线制(四刀)换向开关。测量时,正程与反程采用不同的电流流向,使电阻引线上寄生电势产生相反极性的叠加,最后通过算术平均值的计算,有效消除标准、被检电阻引线，上寄生电势对测量的影响。
3.2.4增加温度变送器校准软件
　　通过软件设计增加了对JJF1183--2007《温度变送器校准规范》的支持，可按照此规范实现对一-体化温度变送器的自动检定/校准,实现数据的自动计算、自动判定，自动生成校准记录及报告。
4结束语
　　群控检测系统利用接口技术实现了先进的计算机控制,可控制1~10台检定炉或恒温槽同时进行热电偶的自动检定，可同时开展热电阻、热电偶、--体化温度变送器检定或校准(具有分批检定功能,最多10批)。检定过程中,系统在计算机的控制下自动完成各检定炉或恒温槽各温度点的连续检定工作,无需人工干预,具有广阔的应用前景。