基于C#的電子分度表系統的開發

許 淵，孫 恒，簡遠中

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基于C#的電子分度表系統的開發

許 淵，孫 恒，簡遠中

（中國航發貴州紅林航空動力控制科技有限公司，貴州 貴陽 550009）

應用C#語言，開發了覆蓋工業熱電阻、工業熱電偶、標準鉑電阻的電子分度表系統，實現了溫度與電阻或電勢的雙向快速查詢，降低了人工勞動強度，提高了溫度計量工作效率。

熱電偶；熱電阻；分度表；標準鉑電阻

隨著AS9100體系的推進及公司各分廠試驗器設備的增多，定期檢定大量溫度二次儀表成為必然。作為企業的計量技術部門，通常使用的標準儀器為直流低電勢電位差計和直流電阻箱等，要完成檢定，必須借助分度表完成電勢或電阻值與溫度的轉換。傳統分度表手冊為紙質印刷，在使用中存在著查詢不便、計算麻煩、效率低下等不足，開發基于計算機的電子分度表系統就顯得十分必要。目前同類企業應用的電子分度表軟件功能單一，僅實現了單一溫度點與電勢或電阻值的相互轉換，并沒有考慮用戶使用中的效率問題。部分軟件中電勢值與溫度的相互換算中參考端溫度必須為0 ℃，對于參考端溫度非0 ℃的情況則無能為力，靈活性和實用性大大降低，因此必須研究適合企業自身的電子分度表系統。

1 系統設計

電子分度表系統主要涉及3個方向，分別是工業熱電阻、工業熱電偶和標準鉑電阻溫度計，其中工業熱電阻包括Pt100、Cu100熱電阻，工業熱電偶包括8種國際標準化熱電偶（S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型、T型）。電子分度表系統分為4大模塊：工業分度表計算、工業分度曲線圖、工業分度表手冊和標準鉑電阻分度表，系統框架如圖1所示。

1.1 工業分度表計算模塊

工業分度表計算模塊實現工業熱電阻電阻值與溫度的相互換算、工業熱電偶電勢值與溫度的相互換算功能。對于指定分度號的工業熱電偶和工業熱電阻，通過給定溫度能夠準確計算出對應的電勢/電阻值，通過給定電勢/電阻值也能夠準確計算出相應的溫度值。當指定分度號的工業熱電偶參考端溫度不為0 ℃時，系統也能夠根據設置的參考端溫度，利用熱電偶中間溫度定律來完成工業熱電偶參考端處于設定溫度下溫度與電勢值的準確換算，彌補了傳統分度表手冊對于非整點溫度值無法直接查詢只能大致估算、對于熱電偶類型參考端溫度不為0 ℃時計算煩瑣的不足。為了提高使用效率，系統還應提供多點計算功能，設置好溫度上下限和點數，系統自動計算出從下限溫度至上限溫度一系列分布均勻的溫度點對應的電勢/電阻值，該功能在二次儀表實際檢定中比較實用，也是通用分度表軟件所沒有的功能，本模塊界面如圖2所示。

圖1 系統框架圖

圖2 計算界面

1.2 工業分度表手冊模塊

工業分度表手冊模塊包括工業熱電阻分度表和工業熱電偶分度表，共有13 279個溫度點。它模擬傳統的分度表手冊，各分度號的工業熱電偶或熱電阻整10溫度從小到大按行排列，右側對應各行整10溫度的個位從0～9按列排序，相應的電勢/電阻值顯示在右下區域，與對應的溫度按行列索引后一一對應。數據排列整齊、展示清晰直觀，等效于使用傳統的分度表手冊。對于工業熱電阻，以Ω為單位，電阻值按0.01間隔修約；對于工業熱電偶，參考端溫度為0 ℃，以μV為單位，電勢值按1間隔修約。本模塊擺脫了對傳統分度表手冊的依賴，可永久存儲，無需擔心紙張破損等情況。

1.3 工業分度曲線圖模塊

工業分度曲線圖模塊用于繪制工業熱電阻的電阻溫度關系曲線和工業熱電偶的電勢溫度關系曲線，對于工業熱電阻或工業熱電偶，可以靈活選擇繪制一條曲線或多條曲線，各條曲線間用不同的顏色加以區分，繪制后的曲線還可以保存成圖片文件。通過分度曲線可以直觀了解各熱電阻/熱電偶的測溫溫區、靈敏度以及線性度，可作為工業生產中溫度傳感器選型的參考。

1.4 標準鉑電阻分度表模塊

標準鉑電阻分度表模塊可實現標準鉑電阻溫度計常用正溫區0～419.527 ℃分度表的計算功能。通過輸入上級檢定證書中提供的Rtp、a8、b8參數，即可算出該支標準鉑電阻溫度計在正溫區任意溫度點的電阻值、電阻比值和電阻比值對溫度的變化率，有利于計量檢定人員對工業熱電阻檢定過程誤差計算中的數據來源和處理流程做深入的理解。

2 軟件開發

C#是微軟推出的面向對象的編程語言，它有著強大的集成類庫和與平臺無關的編譯機制，常用來開發應用軟件系統。電子分度表系統以VS2010為開發平臺，結合C#語言進行開發，采用模塊化、功能化的設計方案，在Windows XP和Windows7及以上系統均可使用。系統開發采用面向對象編程的思想，利用了類的繼承及多態特性實現了系統的可擴展性，所有工業熱電阻基類Thermometer Resistance和工業熱電偶基類Thermocouples都繼承了共同的基類Thermometer，在基類Thermometer中定義了通用的最低溫度、最高溫度、修約位數等屬性和根據電勢/電阻值計算溫度、根據溫度計算電勢/電阻值兩大方法。在工業熱電阻基類和工業熱電偶基類中除共同繼承了上述兩大方法外，還針對各自特性增加了不同的方法便于子類繼承后重寫。所有指定具體分度號的工業熱電阻和工業熱電偶則相應分別繼承于上述兩大基類，便于通過上層父類實現統一調用。當后期還需增加其他分度號的工業熱電阻或工業熱電偶時，只需對應繼承工業熱電阻基類或工業熱電偶基類，即可靈活擴展。

2.1 工業熱電阻

對于Pt100、Cu100工業熱電阻，根據溫度計算電阻值的公式分別為：

t=[1++2+（－100）3]0 .

t=[1++（－100）+（－100）2]0 .

相關系數可參考JJG 229—2010檢定規程[1]，對上述公式求解即可得到指定電阻值對應的溫度，因涉及高次方程，直接求解比較困難，可采用牛頓迭代法來完成，代碼如圖3所示。

圖3 采用牛頓迭代法求解的代碼

2.2 工業熱電偶

對于K型工業熱電偶，根據溫度計算電勢值的公式如表1所示。

表1 工業K型熱電偶電勢值計算公式

其余7種工業熱電偶，根據溫度計算電勢值的公式為：

8種工業熱電偶，根據電勢值計算溫度的公式統一為：

相關的溫度范圍及對應系數可參考GBT 16839.1—1997附錄[2]。

2.3 標準鉑電阻溫度計

在0～419.527 ℃分溫區內，標準鉑電阻的電阻比值為：

對上式求導，可以求得電阻比值對溫度的變化率為：

相關系數可參考JJG 160—2007檢定規程[3]，因公式求解比較復雜，可利用計算機采用逐次逼近法完成求解。標準鉑電阻相關計算代碼如圖4所示。

圖4 標準鉑電阻相關計算代碼

2.4 分度表手冊和分度表曲線

分度表手冊和分度表曲線均采用GDI+原理在PictureBox控件上進行繪制，通過Graphics對象的DrawLine方法完成直線繪制，通過DrawString方法完成文字繪制，分度曲線的繪制則是先等間隔分段再利用DrawLine方法繪制。

3 結束語

本文研究的電子分度表系統實現了分度表的電子化、快速準確查詢，為計量檢定工作帶來了極大的便利，降低了檢定人員的工作強度，有效避免了查詢中的人為失誤，提高了檢定工作效率。經過與ITS90國際溫標分度表及部門二等標準鉑電阻溫度計檢定證書中給出的分度表比對，結果一致，證明了該系統的可靠性。本系統具有良好的擴展性，可根據需要增加其他分度號的工業熱電阻或工業熱電偶，在后期還可以根據需要增加標準鉑電阻溫度計負溫區分度表功能。本系統的開發為計量人員掌握分度表相關知識提供了很大的幫助，同時可為儀表設計人員提供工作參考。

［1］朱家良，姚麗芳.JJG 229—2010工業鉑、銅熱電阻檢定規程［S］.北京：中國質檢出版社，2010.

［2］范鎧，張繼培.GBT 16839.1—1997 熱電偶第1部分：分度表［S］.北京：中國標準出版社，1997.

［3］王玉蘭，武荷蓮，邱萍，等.JJG 160—2007標準鉑電阻溫度計檢定規程［S］.北京：中國計量出版社，2007.

TH811

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.122

2095－6835（2018）22－0122－02

〔編輯：嚴麗琴〕