溫度二次儀表校準系統的研究與實現

摘 要：本文首先概述了溫度二次儀表校準技術的發展與現狀，指出了溫度二次儀表校準系統研究的必要性，介紹了把虛擬儀器與溫度二次儀表檢定相結合，構建了基于虛擬儀器的溫度二次儀表校準系統的運行實踐證明了該系統確實提高了測量精度、校準可靠性和工作效率，可供計量同行參考使用。

關鍵詞：溫度二次儀表；校準系統；研究；實現

1 概述

在溫度測量過程中按具體測量單元所起的作用不同，可以把溫度儀表分為一次儀表和二次儀表，諸如熱電偶、熱電阻等溫度傳感器屬于一次儀表，它們在測溫過程中直接與被測對象接觸，并將溫度表征為一定的信號量如熱電勢、電阻輸出。而溫度二次儀表則是根據溫度一次儀表的輸出信號量來對被測溫度進行顯示、控制等處理的后端儀表裝置，它們相互協作共同實現溫度測量等功能。溫度二次儀表按具體功能和實現方式的不同，主要分為自動電位差計、自動平衡電橋、數字溫度指示調節儀及動圈式溫度儀表等。

溫度二次儀表主要是根據溫度傳感器等輸出的電量等信號值來對被測溫度進行測量、顯示或控制的溫度儀表總稱，其被廣泛地應用于冶金、制造等行業，在國民生產中發揮著巨大的作用。溫度二次儀表的各項性能指標好壞將會影響到測溫或控制等的正常與否，并進而影響到產品質量，因此需要對溫度二次儀表進行定期檢定與校準。

2 溫度二次儀表校準的現狀

我國對溫度二次儀表校準在九十年代中期以前主要是采用手工操作方式，具體方法是使用電子電位差計或者直流變阻箱作為信號源，模擬一次儀表給出的信號，通過手動調節電子電位差計或者直流變阻箱以增大輸入信號，使溫度二次儀表依次達到各被檢定點，然后記錄檢定的原始數據，人工查找溫度電量對應數據表，人工計算檢定誤差，人工判定檢定結果，然后將相關數據填入檢定報表中，如果想查找舊的檢定記錄，可能就需要從很多紙堆手工填寫的報表中去查找，當報表越來越多時，有些歷史記錄或報表可能丟失，再也無法查看或進行相關處理了，給工作帶來不利。采用這種方式校準時，存在著校準精度低、檢定數據需要人工處理，校準記錄難于管理等弊端，從而導致了工作效率極其較低、校準可靠性得不到保證，一般普通的校準者一天只能校準兩到四塊儀表。

隨著我國對溫度二次儀表校準工作的重視，有些公司開始研制半自動化溫度校準系統，它們一般采用傳統儀器的設計方法，盡管它們的校準精度及效率等較手工方式有很大的改善，但其對檢定數據的分析處理等主要是靠硬件電路來實現的，致使其成本高、功能單一、系統功能可擴展性差，并且難于實現對大量校準記錄數據的管理功能，使用不靈活，花費了很多資金和力氣開發的系統往往只能用于某一型號或幾種型號儀表的檢定，并且一旦系統投入使用后，其功能就不能改變了。國外一些公司或廠家開發了基于虛擬儀器的溫度校準系統，功能比較強大，系統擴展性也比較好，但它們的檢定規程與我國的溫度二次儀表檢定規程不完全一致，同時價格昂貴。

3 溫度二次儀表校準系統的研究與實現

溫度二次儀表校準系統如圖1所示，溫度二次儀表校準系統主要由溫度二次儀表、信號校準器、PC機和打印機組成，可以根據實際需要方便地對系統進行擴展。在整個校準系統，PC機處于核心地位，它控制整個系統的正常運轉，PC機基于虛擬儀器的測試系統，它不僅要控制信號校準器和打印機正常工作，而且還要利用自身的系統資源進行數據處理、數據存儲等工作。因此它的運行速度等性能指標將會影響到整個系統的性能。整個系統主要實現兩大功能測試功能和測試數據管理功能。前者主要實現對溫度二次儀表的自動檢定，根據被檢定儀表的型號及用戶選定的檢定點，系統通過串口控制信號源產生對應的激勵信號去激勵溫度二次儀表，得到溫度二次儀表的響應量，然后對得到的數據進行分析處理并得出結論同時根據用戶的需要對測試的原始數據、結果數據及其他的一些測試信息進行歸檔保存，以便用戶對這些數據進行后續的查詢或打印等操作，以滿足實際生產的需要。測試數據管理功能則是根據測試時存入數據庫的測試信息來對需要用到的測試歷史數據及結果數據進行查詢、打印等操作，得到需要的報表，以便生產中的實際需要。

信號校準器是整個硬件組成中的一個關鍵部分，這是由它在系統中所起的作用所決定的。信號校準器的作用是產生溫度二次儀表所需的各種激勵信號，以代替實際一次儀表熱電偶或熱電阻等傳感器的模擬輸入，通常這些信號為電壓或電阻，并且輸入的應該是標準信號，其精度要求高。信號校準器應該帶有總線接口，以便在計算機的控制下根據需要改變輸入的激勵信號大小或種類。

軟件部分則主要負責硬件的馭動與控制、數據處理與保存及人機交互操作界面的生成。數據管理子系統則主要是基于數據庫訪問的軟件應用子系統，通過底層的數據庫引擎建立和管理與數據庫的連接，并進行相應操作以實現各個子系統所要求的各項功能。

4 功能介紹

溫度二次儀表校準系統主要實現以下功能：

1）自動檢定電子電位差計、電子平衡電橋；

2）自動檢定數字式溫度儀表（配熱電偶、熱電阻）；

3）能檢定所有各種分度號的儀表，這些分度號包括K、E、S、T、J、R、B、N、Pt100等；

4）能自動進行采集數據；

5）可對具有冷端自動補償的儀表實現溫度自動修正后檢定；

6）自動進行誤差計算，并能自動進行判定儀表示值誤差合格與否；

7）自動存儲數據并進行檔案管理，可查閱打印任意天的檢定記錄。

5 結語

研制基于虛擬儀器技術的溫度二次儀表校準系統，在校準過程中自動地調節輸入電量，使溫度二次儀表依次到達各被檢測點，并且自動完成對測試原始數據的存儲，通過計算機的軟件資源對測試的數據進行相關運算和處理，自動完成對溫度二次儀表的誤差判定，自動存儲測試檢定報表。可以方便地隨時查詢測試歷史數據，并打印檢定報表。將虛擬儀器技術應用于自動測試系統中，減少了硬件的數量，充分利用了計算機的數據儲存、運算及處理的能力，提高了系統的可擴展性，降低了成本，提高了校準效率和校準可靠性，給生產帶來極大的便利。

參考文獻

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作者簡介：

張征鴻，男，1989年4月出生，現工作于江陰市計量測試檢定所，主要從事溫度二次儀表、工業熱電偶、輻射溫度計等工作的檢定、校準。