熱電偶自動化檢定裝置的設計與研究

[摘 要]熱電偶是工業上最常用的測溫傳感器，為保證熱電偶使用過程中測溫性能的準確性，必須對其進行周期性檢定。以往熱電偶檢定方法中使用的設備繁雜，操作復雜，同時還需要人值守，非常的不方便，基于以上原因，本文設計出一款操作簡單、精度高、可無人值守的熱電偶檢定系統。

[關鍵詞]熱電偶；檢定裝置；自動化；設計

中圖分類號：TH811 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）21-0010-01

1 概述

熱電偶是工業上最常用的測溫傳感器，由于熱電偶在工作時，是直接與被測環境或者被測物體相接觸，沒有使用其它任何中間介質，故其感溫快速，準確，測量精度高。當熱電偶使用特殊金屬制作時，可以得到很大的測溫范圍，還有便是熱電偶通常使用兩種或者多種不同的金屬絲組成，構造通常比較簡單，外形不受大小和形狀的影響，使用時非常方便。熱電偶在長期使用過程中，其熱電特性會發生變化，進而導致其指示的溫度值失真，造成測溫誤差逐漸增大。故為了保證測溫的準確性，必須根據國家檢定規程和校準規范定期檢定熱電偶，依此確定其測量誤差，從而判定被檢熱電偶是否可以繼續使用，若誤差大小符合相關檢定規程，則給出其修正值，否則視為不合格。

2 以往熱電偶自動化檢定裝置的問題

以往對熱電偶的檢定主要靠人工操作來完成，根據檢定人員在長期工作中所得的經驗將溫度逐個的控制在檢定點上，然后再盡量將其保持在一個恒定的溫度點，然后對其加以檢定。在檢定的過程中，操作員不僅僅要記錄每次熱電偶檢測的數據，而且還要對熱電偶進行手動切換，所以這種人工檢定的方法很難保證達到穩定時的檢測精度，況且在操作人員進行手動操作時，很難避免手動所帶來的延時，這就導致測溫精度不夠高，以及存在一些不必要的人為因素，這樣難保證熱電偶檢定規程中所規定的技術要求。

3 熱電偶自動化檢定裝置總體設計

對熱電偶進行檢定，其工作過程大致由兩部分構成，即控溫過程、數據采集及處理過程。檢定依照的都是比較校驗的方法，熱電偶自動化檢定裝置如圖1，二等標準熱電偶作為標準器，溫場由檢定爐提供，數字萬用表作為測量部分，將采集的數據傳入微型計算機，在微型計算機界面上通過編程來對比標準與被校的差別。按不同熱電偶的檢定規程要求設定檢定點溫度，利用專業軟件通過串口將需要檢定的各檢定點溫度及對應的控溫參數依次送給智能調節器，利用智能調節器的輸出來控制固態繼電器的導通與關斷，進而來實現檢定爐升溫、恒溫的自動控制，同時計算機定時監視智能調節器上的測溫顯示，當計算機監測到控溫智能調節器上溫度顯示值到達或接近設定溫度，并且每分鐘溫度變化滿足檢定要求時，馬上起動掃描開關和數字萬用表對標準熱電偶進行監控，一旦滿足檢定規程要求即爐溫偏離檢定點溫度不大于5℃且每分鐘變化不超過0.2℃時，就將標準和被檢偶的數據讀入計算機進行計算、處理、保存。待所有檢定點都檢定完成之后，可以將測量的原始數據和計算結果及最后結論以表格形式打印輸出。

數字萬用表是整個熱電偶檢定系統中核心的部件之一，主要負責把標準偶或者被檢偶所得的模擬信號轉變為計算機可以識別的數字信號，并將轉換值通過串行端口RS-232傳送給微型計算機。根據本系統各性能技術要求，所選擇的多功能數字多用表的測量精度要有6位半以上，能夠實現對不同種類信號的測量，且對它的切換是通過微型計算機與數字萬用表串行通信來實現，這樣才能使微型計算機遠程控制數字萬用表實現多量程間的切換及讀取測量數據的工作。

4 熱電偶自動化檢定裝置的工作流程

熱電偶自動化檢定裝置的工作流程：首先微型計算機對智能調節器的設定值進行遠程控制，進而來控制固態繼電器的通斷，實現對爐溫的控制，當檢測到爐溫達到了被檢熱電偶的檢定點溫度時，通過軟件編程來對爐內溫度的變化值穩定與否給出判斷。若爐膛溫度值不夠穩定時，則繼續保持這個溫度點，直到其達到穩定為止。若爐膛溫度已經穩定，則開始熱電偶的檢定，微型計算機輸出數字量信號控制多路切換開關順序切換信號通道，同時通過串行通信口數字萬用表發送命令，由數字萬用表順序讀取標準偶及各被檢偶的電壓信號，然后通過通信端口傳入計算機，并且在界面上給予顯示，同時對數據進行相應處理，把所處理的數據通過調用VB中的excel數據表，存入其中。接著繼續升溫，到下一個檢定點，不斷重復上述的操作，直到把所有的檢定點都檢定完，最后再調用word，將所得的結果及被檢熱電偶的具體信息作為書簽插入其中，這樣就完成了整個檢定的流程，檢定完之后需斷開主回路開關。

5 結語

本文所論述的熱電偶自動化檢定裝置在技術要求和性能指標方面都滿足國家熱電偶檢定規程要求。系統可同時檢定多支熱電偶，對工業中使用的熱電偶可實現自動檢定，這對實現熱電偶的檢定降低成本、提高熱電偶的檢定效率有很大的幫助。

由于大部分工業熱電偶的測量都是在工業現場使用，所以對其進行檢定需要將其取下來送到相關部門進行檢定，這不僅需要花費一定的時間，而且工作效率也較低。與此同時，熱電偶在實際的工業現場會受到現場環境的影響，導致其熱電特性發生了變化，所以，熱電偶自動化檢定裝置在現場實現熱電偶在線檢定工作是將來的工作趨勢。

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作者簡介

李天宇，男，1986年11月，江陰市計量測試檢定所，助理工程師，溫度計量。