孫國斌，劉廣溪

（錦州計量鑒定測量所 遼寧 錦州 121000）

便攜式溫場校準儀的研發(fā)

孫國斌，劉廣溪

（錦州計量鑒定測量所 遼寧 錦州 121000）

溫場校準方法在物理量的測量中是普遍運用的，并得到了廣泛運用。本文向我們展示了一種校準精度相對較高的溫場校準儀器的硬件設計和軟件實現(xiàn)。闡述了溫度從采集到測量和處理的環(huán)節(jié)；剖析了影響儀器校準精度的各種因素，介紹了從軟件和硬件兩個方面進行處置,進一步提高校準精度的要領。

便攜式；高精度測量；溫場校準儀；鉑電阻

1 引言

溫場校準的精度受很多方面的影響，但是主要的影響因素有兩點：一是校準儀儀器本身的精度，二是測量校準儀數(shù)據(jù)的傳感器的精度。由于目前國內市場上的校準儀器數(shù)量與質量都是大規(guī)模的，不方便攜帶與操作；而且用于測量校準儀器的傳感器也有多種多樣的，不同類型的傳感器會有自身溫度校準的特點與方式。所以，便攜式的溫場校準儀器的研發(fā)就成為對儀器創(chuàng)新必須進行高精度衡量與校準。而且，目前國內的校準儀器主要用于對現(xiàn)場的測量，所以這也是提高其便捷性的原因之一。因此，我們在用校準儀進行溫度采集與精確測量時就是要利用其集中性與聯(lián)系性來進行溫場校準儀器便捷性的提高。

2 硬件設計

2.1 校準儀是由七大主要部分組成的。第一是恒流源，它是通過掃描和轉換多路數(shù)據(jù)對電阻與電壓的測試；第二是多路開關，它主要是為了控制校準儀的線路安全，與方便操作；第三是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理是根據(jù)恒流源經(jīng)過電阻與電壓之間的電路輸送得到的，經(jīng)過了輸入通道，并通過輸入通道將數(shù)據(jù)轉入轉換器中，以此來發(fā)送到屏幕顯示器中；然后，在CPU的記錄中，進行去電路的疏導，并且記錄電阻與電壓之間數(shù)據(jù)的轉換；最后，進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過單片機來進行數(shù)據(jù)轉化，得到最后的結果值。

2.2 校準儀要想進行高精度的測量，必須要求電阻的影響值小、電路輸入快、并且要求轉換器的使用價值高等等。這里，我們采用的是AD公司的AD7710。實際上AD7710是一個非線性度是正負百分之零點零零一五，而測量得到電阻的阻抗是1GΨ的24個數(shù)的A/D轉換器。為了能夠得到高分辨率的屏幕分辨率，于是這里采用了LCD的顯示屏640×480，并且采用4×4的矩陣鍵盤，來清晰地顯示得出的數(shù)據(jù)數(shù)值與溫度曲線。

2.3 現(xiàn)代網(wǎng)絡的應用已經(jīng)深入到各行各業(yè)。校準儀是比較通用的儀器，因此其接口不能夠出現(xiàn)問題，則應該使用標準的接口。通過其接口，可以實現(xiàn)本儀器的遠程監(jiān)控。并可以得到從監(jiān)察處測量的數(shù)據(jù)，減少了計量人員的數(shù)量。針對測量環(huán)境的現(xiàn)實問題，校準儀除了要采用交流電外，還需要有足夠的電量來完成其測量的任務，因此在其儀器內部設有鋰電池，這恰好有利于便攜式校準儀的研發(fā)。

3 軟件設計

3.1 程序的結構和流程在溫場校準儀中，主控程序和數(shù)據(jù)采集模塊兩部分組成了溫場校準儀的程序結構，其中，程序結構需要處理大量的數(shù)據(jù)信息，所以就有了上、下兩個單片機進行協(xié)作。并且，在此過程中采用了高速運轉的16位的單片機；而負責數(shù)據(jù)整理的下位機則只需低速便可。

3.2 電阻的測量處理

電阻的測量和處理由從機完成。用比較法來進行電阻的測試，100Ψ的機內置溫度系數(shù)電阻為2ppm，所有通道要將被測量的電阻與標準電阻相比，得到一個新的電阻值，這就是最后電阻值。設被測電阻為Rx，標準電阻為Rb，有：在Rx/Rb=x/b中，b是測量Rb后的數(shù)，x是測量Rx的數(shù)，從而得到Rx=(x/b)Rb的最終結果。

3.3 校準技術

因為校準儀主要進行的是比較測量校準，所以在對內部標準電阻進行校準時，便采用了電阻對比的方法，用儀器內部使用的標準電阻與實驗外部的電阻進行對比，便可以得到更為精確的比較，其中要假設外部的電阻是Rt，這時的外接電阻與內部標準電阻可以根據(jù)以下的公式進行計算：Rt/Rr=t/r，則Rr=Rt/(t/r)。

Pt100電阻轉換成溫度所使用的國際上通用的公式如下：

（1）當 Rt=Ro(1+At+B2t)，（-200℃ ＜t＜0℃）；

（2）當Rt=Ro(1+Xt+Y2t+Z(t-100)t3)，（0℃≤t≤850℃）。

這時，通過以上的計算，我們可以從中得到Pt100的電阻值，根據(jù)計算得到的電阻值，我們可以推算出具體時間的電阻值。例如：電阻X是在t時的值。實現(xiàn)兩者間的轉變，這里運用了一種可以用于高精密溫度量測量的歸納方法。

下面介紹使用簡單歸納法和演繹法求方程根的算法。

首先，將方程f(t)=0（3）

改寫成等價形式t=φ(t)（4）

那么，（1）、（2）式則可以改寫成等價形式：

t=(Rt/R0-1-Bt2)/A（5）

t=(Rt/R0-1-Bt2-C(t-100)t3)/A（6）

使用簡單歸納法和演繹法法求解以上兩個方程，必須滿足簡單歸納法和演繹法收斂的條件：

(a)f(t)在區(qū)間[a，b]上連續(xù)；

(b)f(t)在區(qū)間端點上的函數(shù)值是正反相對的，即f(a)f(b)＜0;

(c)方程f(t)=0的等價形式((4)式)在區(qū)間[a，b]上滿足|φ′(t)|≤|q|＜1。

經(jīng)過上述多次實驗與計算，我們算得電阻與時間，電阻與溫度相互對應的值。而且在實驗允許的范圍內不能夠太多次的重復操作，應當保證實驗的科學性與有效性。而后我們可以將其進行溫場與電阻的轉換，從而得到最后的實驗結果。

4 結語

通過調查，我們可以了解到大概的中國市場，當前，我國的儀器廠家給溫場的測量，設計了多種多樣的產(chǎn)品，但是多多少少都存在著問題。例如，主要有兩類問題：一是成本較高，而且攜帶不便；二是雖然投入的成本雖然較少，但是所使用的A/D轉換器精密度不高，一般為零點一度到零點三度，而且即便是很高級的傳感器都會存在誤差。所以，研發(fā)便捷式溫場校準儀便成為了必要的。

本文采用的方式來實現(xiàn)便捷式溫場校準儀的研發(fā)，其中有利的因素有這么幾項：成本較低、準確度高、而且穩(wěn)定性較好；然后可以在操作中將傳感器參數(shù)的校正值輸入到儀器中，可以抵消傳感器引起的誤差，實現(xiàn)高精度測量，便于儀器的攜帶。

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TE974 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0085-02

孫國斌（1959-），男，漢族，遼寧錦州，本科，副高級工程師，熱力學溫度的檢定；

劉廣溪（1984-），男，漢族，吉林德惠，本科，工程師，熱力學溫度的檢定。