一種使用數字多用表（DMM）對數顯溫控儀輸出部分檢定的方法

尚子超 朱詠梅??

摘要：數顯溫控儀是工業上常用的自動化控制儀表，它的檢定是各計量部門主要的工作內容之一。目前我國實行的相關計量檢定規程JJG 6171996 《數字溫度指示調節儀》已經使用多年，部分要求不符合目前的技術發展形勢，在檢定PID和階躍響應時要求的自動記錄電位差計已經很少有人使用。本文中將介紹一種基于目前常用的數字多用表的方法，能夠代替自動記錄電位差計，更快速精確地采集處理來自被檢表的輸出信號。

關鍵詞：數顯溫控儀；檢定；數字多用表；PID；輸出響應

按照JJG 6171996，在數顯溫控儀的檢定項目中，時間比例控制/PID控制的檢定一直是實施較為困難的部分，涉及的標準器及配套設施的種類多，需要記錄和處理的數據較為復雜，在臺件數較多的情況下現場檢定很不方便。為了適應當前儀器設備的發展狀況，我們試驗用一套現有的、通用的平臺來記錄、處理數顯溫控儀輸出的電量值。

一、需要的儀器及配套設備

（1）熱工儀表校驗儀：能根據設定的分度號，將輸入的溫度值轉化為相應的電量并輸出。

（2）有RS232控制功能的數字多用表，按規程要求，（0～10）mA輸出接1kΩ負載，（4～20）mA輸出接500Ω負載，固應能滿足（0～20）V直流電壓的測量需求，在本文中以Keithley 2000型為例進行測量。

（3）安裝Windows系統的電腦。

（4）配套的負載電阻和USB to RS232連接線。

二、連接線路

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

四、檢定操作方法

選擇一臺PID控制的被檢表，將被檢表的分度號設置為K型，設定點為半量程左右，輸出范圍設置為（4～20）mA，K型熱電偶的滿量程為200℃～1300℃，所以設定點設置為600℃，將比例帶設為10%。然后計算輸入階躍信號的大小，按規程要求階躍信號的大小應為比例范圍的1/5，已知全量程為1500℃，所以階躍信號大小設為30℃。由圖解法檢定比例帶、再調時間、預調時間時，在正向輸出特性曲線上得到，固在階躍終點應設置為60030=570℃。

將570℃輸入熱工儀表校驗儀（圖3），在串口調試助手中打開連接數字多用表的端口，將儀器設置為直流電壓檔，并以100ms為周期重復發送READ？指令，儀器就會不停地返回當前測得的電壓值（圖4）。

可以看出實驗結果基本符合階躍輸出響應曲線。在傳統的圖解法中，比例帶PB、再調時間T1、預調時間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，得到交點處的電流I1，實際比例帶則可以按下式計算得到。

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。在這里將數據輸入電腦后，看圖可以發現DC段位于56秒和125秒之間，對這個區間的數據進行線性回歸處理，就能得到DC段的近似表達式：

I=0.0683t+9.618

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

五、結論

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

參考文獻：

[1]JJG 6171996 數字溫度指示調節儀[S].

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