1590超級測溫儀自動測試系統的開發

廖 艷，陳桂生，趙 晶，付志勇，朱育紅

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

1590超級電阻測溫儀（以下簡稱1590）是美國福祿克公司生產的具有1×10-6最高測量準確度，2s測量速度的測溫儀，主要用于高準確度的溫度測量。

然而該儀器在應用中還存在一些不足：（1）1590在測量過程中需要通過操作面板上的按鈕來設置參數，其測量數據需要操作員手動記錄，工作效率較低；（2）1590采用的軟盤存儲設備已經被淘汰，使之不能與當前的計算機兼容，因此無法保存歷史測量數據，不利于數據的保存和研究分析；（3）1590的圖形界面只能顯示一個通道的測量數據曲線，并且沒有溫度/電阻和時間坐標顯示，只能觀察到曲線的變化趨勢，無法同時觀察多個通道的數據曲線。

針對這些不足，該文研究開發了基于1590的自動測試系統。該系統將1590通過RS-232接口直接連接到PC機（上位機）上，開發控制和數據處理分析軟件實現自動操控。該軟件能夠同時顯示多個通道的測量數據曲線和數據統計分析結果，圖形化觀察恒溫槽內各點的溫場分布情況，實時分析測量數據及自動保存測量數據和處理結果。該系統適用于高精密鉑電阻溫度計的校準，固定點容器溫坪的監控和分析，高精密恒溫槽、干井爐、定點爐的溫度場分布的測量和分析評估等高準確度的溫度測試校準工作。

1 系統結構

該自動測試系統包括計算機、1590超級測溫儀、2590掃描開關、鉑電阻溫度計、設備控制軟件和數據采集處理軟件，系統結構如圖1所示。其工作流程是：上位機首先進行串口通信配置，然后設置1590測量參數；測量過程中1590測溫儀與上位機通過RS-232串口進行通信，上位機向下位機發送控制命令，并對從下位機接收到的測量數據進行相應的處理和存儲。

2 系統軟件設計

2.1 軟件功能結構

軟件主要功能包括串口通信配置、電阻測溫儀參數設置、測試任務管理和數據查詢分析，軟件功能結構如圖2所示。

2.1.1 基本設置模塊

基本設置模塊包括串口通信配置和1590參數設置。串口通信配置主要完成RS-232串口通信協議的配置，包括端口設置、波特率設置、數據位、奇偶校驗、停止位及握手協議設置[1]。1590參數設置模塊主要負責通道設置、采樣設置、存儲設置、傳感器設置、顯示設置、系統設置的管理。

圖1 系統結構圖

圖2 軟件功能結構圖

2.1.2 測試任務管理模塊

該管理模塊可實現固定點容器溫坪監控和分析，高精密鉑電阻溫度計校準處理，定點爐、恒溫槽以及干井爐的溫場測量。

（1）固定點容器溫坪監控模塊[2]。該模塊主要完成整個溫坪監控、溫坪回升報警提示以及溫坪曲線的分析。程序開始后根據輸入的信息自動獲取相應通道的測量數據，繪制溫度/電阻-時間曲線，并自動保存測量數據。在固定點容器降溫階段程序自動判斷溫度是否過冷回升，當監測到連續3個采樣溫度值持續上升，表示容器內溫度開始回升，系統報警，提示操作員進行溫度回升后的相關處理。當測量值的變化小于0.5mK/10min時溫坪開始，程序進入溫坪分析曲線界面，通過該界面可以清楚地觀察此次溫坪變化的數值和數據分析統計。

采用該軟件繪制的溫坪曲線既可以放大又可以縮小，既可以觀察整個溫坪曲線的變化趨勢又可以選擇性地觀察某一段時間的測量數據，并且該軟件能夠自動存儲測量數據，用戶可以方便地查詢不同時間段的溫坪曲線和數據。

（2）高精密鉑電阻溫度計校準模塊。該模塊可實現定點法和比較法校準精密鉑電阻溫度計[3]。定點法參照標準鉑電阻溫度計檢定規程規定的方法，根據被校溫度計的測溫范圍在定義固定點上進行，用規定的參考函數和偏差函數確定鉑電阻溫度計的系數值[4]。首先設置固定點類型、測量通道號、被檢溫度計編號、測量次數和測溫范圍。測量時程序每次獲取的電阻值顯示在測量值表中，自動計算出所測數據的平均值。測量完成后點擊“計算結果”按鈕程序自動完成靜壓修正，計算出系數an和bn。

比較法采用標準鉑電阻溫度計做標準，標準溫度計和被校溫度計一同插入恒溫槽等恒溫設備中[5]。輸入標準溫度計的Wt證書值，將標準溫度計、被檢溫度計的編號及對應的掃描通道號添加到列表框中，設置好測溫點。測量開始后程序根據列表中的通道號控制1590自動切換掃描通道并獲取連接到對應通道的溫度計的電阻值，測量完成后點擊檢定結果計算按鈕，程序用標準溫度計的測量值對被校溫度計的測量值進行修正，得出被校鉑電阻溫度計在不同溫度點的電阻值。

（3）干井爐溫場測量模塊[6]。干井爐溫場測量包括干井爐溫度顯示與測量溫區的溫度差測量，測溫孔的測量區內軸向溫場均勻性、徑向溫場均勻性及穩定性的測量。

2.1.3 數據查詢分析

數據查詢分析模塊包括固定點溫坪曲線查詢分析，高精密鉑電阻溫度計、高精密恒溫槽測量數據及計算結果查詢分析，定點爐、干井爐溫場測量數據及處理結果查詢分析。通過輸入固定點類型、溫坪監控開始時間、結束時間和監控溫度計編號來查詢固定點容器在該時間段的監控曲線。通過輸入儀器名稱、測量溫度計編號和測量時間可查詢溫度計校準或溫場測量的原始數據和測試結果。

2.2 軟件流程

系統軟件采用c#.net語言編寫，軟件啟動后首先打開串口，配置串口通信協議，設置1590參數，然后開始采樣，獲取測量數據，選擇測試任務，系統根據所選擇的測試任務進入相應的處理程序對測量數據進行計算處理，處理完成后關閉串口。軟件流程如圖3所示。

3 測試結果

用該系統進行固定點容器溫坪監控的測試結果如圖4、圖5所示。

測試結果表明，在固定點容器溫坪監控中，能夠完整地繪制溫坪復現過程固定點容器內溫度變化的曲線，良好地監控溫度回升過程并報警。系統能按用戶設定的統計次數對溫坪數據進行統計和分析，從溫坪分析圖中可以清晰地觀察和分析溫坪的質量。

4 結束語

應用該精密溫度測量系統成功實現了固定點容器溫坪曲線的繪制、固定點容器溫度過冷回升時的監測報警，高精密鉑電阻溫度計的校準處理，高精密恒溫槽、定點爐、干井爐的溫場分布測量，并取得了滿意的測量效果。

圖3 軟件主程序流程圖

圖4 錫點凝固溫坪曲線圖

圖5 錫點溫坪分析圖

該系統集測量和數據處理于一體，減少了人工抄錄過程帶來的時間浪費和記錄失誤，提高了工作效率和數據處理準確率，使其在溫度校準應用中更加靈活、高效。系統中的固定點溫度回升監測報警程序能夠提醒操作人員對固定點復現做出快速的處理；高精密恒溫槽測量采用圖形化方式，使檢測人員能夠非常直觀地監控恒溫槽內各點的溫度分布情況；系統軟件的實時數據分析和歷史測量數據查詢分析功能，為溫度實驗室的校準研究工作提供了有效的研究平臺。

[1] 王小科，呂雙.C#從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2005：105-120.

[2]JJF 1178—2007用于標準鉑電阻溫度計的固定點裝置校準規范[S].北京：中國計量出版社，2007.

[3]吳疆，吳方，王莉.精密短型鉑電阻溫度計的校準問題討論[J].計測技術，2008，28（2）：58-59.

[4]JJG 160—2007標準鉑電阻溫度計[S].北京：中國計量出版社，2007.

[5]JJG 229—1998工業鉑、銅熱電阻[S].北京：中國計量出版社，1998.

[6]JJF 1257—2010干體式溫度校準器校準方法[S].北京：中國計量出版社，2010.