智能熱工檢定系統(tǒng)升級(jí)改造

文/謝敬田

利用原有熱電偶檢定系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了熱電阻檢定的智能化——熱工檢定系統(tǒng)是熱工計(jì)量領(lǐng)域比較常用的設(shè)備，由于場(chǎng)地限制及接線(xiàn)復(fù)雜等原因，原有熱工檢定系統(tǒng)只能開(kāi)展熱電偶一個(gè)項(xiàng)目，本文對(duì)熱工檢定系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級(jí)，完美解決了場(chǎng)地限制及線(xiàn)路復(fù)雜等問(wèn)題，并編寫(xiě)了熱電阻檢定系統(tǒng)軟件，使其采集能夠按照熱電阻檢定規(guī)程的要求采集數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)熱電阻檢定的智能化，將原本只能開(kāi)展熱電偶檢定的系統(tǒng)增加了熱電阻檢定功能。

熱電阻是由一個(gè)或者多個(gè)感溫電阻元件組成的，帶引線(xiàn)、保護(hù)管和接線(xiàn)端子的測(cè)溫儀器。為確保鉑熱電阻在使用中的測(cè)量值準(zhǔn)確可靠，新制造和使用中的鉑熱電阻需要進(jìn)行檢定。檢定方式一般分為兩種：使用熱電阻自動(dòng)檢定系統(tǒng)和傳統(tǒng)人工讀取數(shù)據(jù)并計(jì)算的方式。

熱電阻的檢定是采集被檢熱電阻值和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻值，然后轉(zhuǎn)換成溫度，計(jì)算檢定點(diǎn)的誤差。很多計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)跟我們一樣，采用人工抄寫(xiě)電阻值，然后輸入用Excel編寫(xiě)好的計(jì)算方法，對(duì)其數(shù)據(jù)處理，得到檢定結(jié)果。這種方式雖然減少了人工計(jì)算的繁瑣，但人為記錄數(shù)據(jù)很容易出錯(cuò)，一旦出錯(cuò)會(huì)給客戶(hù)帶來(lái)極大的麻煩，而且在計(jì)算過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的取舍也會(huì)對(duì)結(jié)果有影響。采用計(jì)算機(jī)智能化熱電阻檢定系統(tǒng)，可以更客觀(guān)、高效的完成熱電阻檢定工作。本實(shí)驗(yàn)室原有的智能熱工檢定系統(tǒng)只有熱電偶檢定功能。

原系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2017年本實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)了泰安磐然測(cè)控技術(shù)有限公司的智能熱工儀表檢定系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱工檢定系統(tǒng)），包括2個(gè)熱電偶檢定爐，1個(gè)接線(xiàn)臺(tái)，1臺(tái)電腦，1個(gè)控制柜（1個(gè)七位半數(shù)字多+1個(gè)低電勢(shì)掃描器+2個(gè)爐溫控制表）。如圖1所示，能夠?qū)崿F(xiàn)熱電偶的檢定功能。

圖1 原熱工檢定系統(tǒng)

系統(tǒng)改造構(gòu)想

隨著計(jì)量工作的不斷開(kāi)展，本實(shí)驗(yàn)室的熱電阻檢定數(shù)量不斷增加，企業(yè)對(duì)檢定結(jié)果的重視程度也不斷提高，之前靠人工記錄數(shù)據(jù)，然后輸入用Excel編寫(xiě)好的計(jì)算公式，對(duì)其數(shù)據(jù)處理，得到檢定結(jié)果的傳統(tǒng)方法，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足熱電阻的檢定要求，而重新購(gòu)買(mǎi)一套熱工檢定系統(tǒng)的成本太高，場(chǎng)地占用也太大。于是我們想到了對(duì)原有智能熱工檢定系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，增加熱電阻檢定所用的恒溫裝置，利用原有智能熱工檢定系統(tǒng)的數(shù)字多用表、溫度掃描開(kāi)關(guān)、接線(xiàn)臺(tái)、重新布線(xiàn)以及編寫(xiě)熱電阻數(shù)據(jù)采集計(jì)算軟件，在原有功能的基礎(chǔ)上增加熱電阻檢定功能，從而實(shí)現(xiàn)熱電阻檢定的智能化。

改造方案實(shí)施

場(chǎng)地布置

由于之前該系統(tǒng)已經(jīng)靠墻占滿(mǎn)了1#實(shí)驗(yàn)室的一側(cè)，想在同側(cè)增加3個(gè)不同溫度段的恒溫槽已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而如果把恒溫槽放置到1#實(shí)驗(yàn)室的另一側(cè)，線(xiàn)路的布置就要穿過(guò)整間實(shí)驗(yàn)室，會(huì)阻礙人員的通行，也具有安全隱患，而且線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加被檢熱電阻之外引入的阻值，最終影響熱電阻的測(cè)量結(jié)果。

于是想到了將熱電阻檢定設(shè)備布置在隔壁2#實(shí)驗(yàn)室，這樣原來(lái)熱電偶的檢定設(shè)備就不需要移動(dòng)，只需把3個(gè)恒溫槽放置在2#實(shí)驗(yàn)室靠墻的位置，然后在墻體上打孔，將測(cè)試線(xiàn)引到隔壁2#實(shí)驗(yàn)室，這樣既避免了線(xiàn)路在實(shí)驗(yàn)室里橫穿影響工作人員的通行，又減小了引線(xiàn)阻值造成測(cè)量結(jié)果偏差。

購(gòu)買(mǎi)引線(xiàn)、改變接線(xiàn)方式

熱電阻分兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制，也就是一個(gè)熱電阻最多需要接四根引線(xiàn)，遠(yuǎn)接線(xiàn)臺(tái)具有11個(gè)通道（1個(gè)通道接標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，10個(gè)通道接被檢熱電阻），于是我們購(gòu)買(mǎi)了11組導(dǎo)線(xiàn)，每組導(dǎo)線(xiàn)包含4根引線(xiàn)，為了便于區(qū)別，4根引線(xiàn)分別采用棕、黑、藍(lán)、紫4個(gè)不同的顏色，每根引線(xiàn)的兩端分別安裝納子頭和夾子，以便于連接端子臺(tái)和被檢熱電阻。

系統(tǒng)接線(xiàn)方式也要進(jìn)行改造，原來(lái)接熱電偶的端子有兩排需要與檢熱電阻公用，增加了線(xiàn)路的復(fù)雜性，所以必須仔細(xì)檢查線(xiàn)路的連接避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，而且一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須防止另一個(gè)系統(tǒng)空置的接線(xiàn)發(fā)生短路或其他電信號(hào)干擾，一旦發(fā)生短路等情況，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)將失效，改造后的系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后的熱工檢定系統(tǒng)

根據(jù)檢定點(diǎn)選用恒溫槽

J J G 2 2 9—2010《工 業(yè) 鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》中對(duì)熱電阻的檢定點(diǎn)要求是0℃和100℃必檢，其他溫度點(diǎn)是 在Δα不 符合要求的情況下檢定，所以0℃和100℃溫度點(diǎn)檢定的最多。雖然有的恒溫槽可以實(shí)現(xiàn)0℃和100℃甚至更高溫度的切換運(yùn)行，但一個(gè)槽子更換溫度需要很長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，所以我選擇用三個(gè)恒溫槽組合的方式提供熱電阻檢定的溫場(chǎng)，一個(gè)0℃恒溫槽只用來(lái)檢定0℃點(diǎn)、一個(gè)100℃恒溫槽只用來(lái)檢定100℃點(diǎn)，一個(gè)（50～300）℃的油槽用來(lái)檢定其他溫度點(diǎn)，將3個(gè)恒溫槽靠墻放置在2#實(shí)驗(yàn)室。這樣3個(gè)槽子溫度穩(wěn)定之后就不必再切換其他溫度，減小了溫度場(chǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，大大提高了我們熱電阻檢定工作的效率。另外，這3個(gè)恒溫槽不是通過(guò)系統(tǒng)控制的，而是通過(guò)恒溫槽自身的控溫儀表來(lái)控制，這樣減小了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率，操作也比較簡(jiǎn)單。

軟件升級(jí)

硬件安裝好之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也要進(jìn)行改造，我們聯(lián)系了設(shè)備廠(chǎng)家，提出我們的要求，進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行軟件改造，以使其能夠按照J(rèn)JG229-2010的要求采集熱電阻信號(hào)。為了防止與熱電偶檢定系統(tǒng)共用軟件而造成2個(gè)系統(tǒng)相互影響，熱電阻檢定系統(tǒng)單獨(dú)制作了一個(gè)獨(dú)立的采集軟件。經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集、能夠準(zhǔn)確計(jì)算得到熱電阻在各點(diǎn)的溫度誤差。

總結(jié)

利用原有熱電偶檢定系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了熱電阻檢定的智能化。改造過(guò)程中除了購(gòu)買(mǎi)的引線(xiàn)和接線(xiàn)端子外沒(méi)有新購(gòu)其他設(shè)備，3個(gè)恒溫槽是實(shí)驗(yàn)室原本就有的設(shè)備，這次使其得到了充分利用。

另外，還有廠(chǎng)家制作軟件的費(fèi)用，這次的升級(jí)改造總花費(fèi)20 000元，實(shí)現(xiàn)了熱電阻檢定從人工記數(shù)計(jì)算的方法，到計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集計(jì)算數(shù)據(jù)的智能化改造，大大提高了檢定工作效率，又降低了檢定過(guò)程中人為因素的影響。 ●