一種使用數(shù)字多用表（DMM）對(duì)數(shù)顯溫控儀輸出部分檢定的方法

尚子超 朱詠梅??

摘要：數(shù)顯溫控儀是工業(yè)上常用的自動(dòng)化控制儀表，它的檢定是各計(jì)量部門主要的工作內(nèi)容之一。目前我國實(shí)行的相關(guān)計(jì)量檢定規(guī)程JJG 6171996 《數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀》已經(jīng)使用多年，部分要求不符合目前的技術(shù)發(fā)展形勢(shì)，在檢定PID和階躍響應(yīng)時(shí)要求的自動(dòng)記錄電位差計(jì)已經(jīng)很少有人使用。本文中將介紹一種基于目前常用的數(shù)字多用表的方法，能夠代替自動(dòng)記錄電位差計(jì)，更快速精確地采集處理來自被檢表的輸出信號(hào)。

關(guān)鍵詞：數(shù)顯溫控儀；檢定；數(shù)字多用表；PID；輸出響應(yīng)

按照J(rèn)JG 6171996，在數(shù)顯溫控儀的檢定項(xiàng)目中，時(shí)間比例控制/PID控制的檢定一直是實(shí)施較為困難的部分，涉及的標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)施的種類多，需要記錄和處理的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，在臺(tái)件數(shù)較多的情況下現(xiàn)場(chǎng)檢定很不方便。為了適應(yīng)當(dāng)前儀器設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r，我們?cè)囼?yàn)用一套現(xiàn)有的、通用的平臺(tái)來記錄、處理數(shù)顯溫控儀輸出的電量值。

一、需要的儀器及配套設(shè)備

（1）熱工儀表校驗(yàn)儀：能根據(jù)設(shè)定的分度號(hào)，將輸入的溫度值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量并輸出。

（2）有RS232控制功能的數(shù)字多用表，按規(guī)程要求，（0～10）mA輸出接1kΩ負(fù)載，（4～20）mA輸出接500Ω負(fù)載，固應(yīng)能滿足（0～20）V直流電壓的測(cè)量需求，在本文中以Keithley 2000型為例進(jìn)行測(cè)量。

（3）安裝Windows系統(tǒng)的電腦。

（4）配套的負(fù)載電阻和USB to RS232連接線。

二、連接線路

將熱工儀表校驗(yàn)儀的輸出連接到被檢表的熱電偶輸入端（圖1），將數(shù)字多用表和負(fù)載電阻并接到數(shù)顯溫控儀的控制輸出端（圖2）。通過USB to RS232連接線將數(shù)字多用表連接到電腦，安裝驅(qū)動(dòng)后，打開電腦上的串口調(diào)試軟件。

四、檢定操作方法

選擇一臺(tái)PID控制的被檢表，將被檢表的分度號(hào)設(shè)置為K型，設(shè)定點(diǎn)為半量程左右，輸出范圍設(shè)置為（4～20）mA，K型熱電偶的滿量程為200℃～1300℃，所以設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為600℃，將比例帶設(shè)為10%。然后計(jì)算輸入階躍信號(hào)的大小，按規(guī)程要求階躍信號(hào)的大小應(yīng)為比例范圍的1/5，已知全量程為1500℃，所以階躍信號(hào)大小設(shè)為30℃。由圖解法檢定比例帶、再調(diào)時(shí)間、預(yù)調(diào)時(shí)間時(shí)，在正向輸出特性曲線上得到，固在階躍終點(diǎn)應(yīng)設(shè)置為60030=570℃。

將570℃輸入熱工儀表校驗(yàn)儀（圖3），在串口調(diào)試助手中打開連接數(shù)字多用表的端口，將儀器設(shè)置為直流電壓檔，并以100ms為周期重復(fù)發(fā)送READ？指令，儀器就會(huì)不停地返回當(dāng)前測(cè)得的電壓值（圖4）。

可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合階躍輸出響應(yīng)曲線。在傳統(tǒng)的圖解法中，比例帶PB、再調(diào)時(shí)間T1、預(yù)調(diào)時(shí)間TD是在正向輸出特性曲線上作圖得到的。延長積分作用曲線DC與AB相交，得到交點(diǎn)處的電流I1，實(shí)際比例帶則可以按下式計(jì)算得到。

PB=△tj×FS′[]（I1-I0）×FS=100%

式中：Δtj ——階躍輸入前后電量值之差折算成的溫度差（℃）；

FS ——儀表量程（℃）；

FS′——儀表輸出量程（mA）；

I0 ——階躍信號(hào)輸出前的電流輸出值（mA）。

圖解法雖然簡單方便，但是誤差較大。在這里將數(shù)據(jù)輸入電腦后，看圖可以發(fā)現(xiàn)DC段位于56秒和125秒之間，對(duì)這個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理，就能得到DC段的近似表達(dá)式：

I=0.0683t+9.618

所以已知t0=6.6s，I0=6.7786mA，那么根據(jù)上式可得I1=10.0688mA，PB=（30*16）/（（10.06886.7786）*1500）=9.73%，與設(shè)定比例帶10%比較，符合檢定規(guī)程中（1±0.5）PBS的要求。至于T1和TD的求解，本文中將不再贅述。

五、結(jié)論

綜上所述，本文中介紹的方法能夠滿足數(shù)顯溫控儀的檢定要求，并同時(shí)減少了畫圖的繁瑣操作，可以更精確快速地得到檢定結(jié)果，對(duì)提高檢定工作效率和工作質(zhì)量有一定意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG 6171996 數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀[S].

[2]Model 2000 Multimeter User's Manual[M]. Cleveland， Ohio：Keithley Instruments. 20111012.