智能熱工檢定系統升級改造

文/謝敬田

利用原有熱電偶檢定系統進行升級改造，實現了熱電阻檢定的智能化——熱工檢定系統是熱工計量領域比較常用的設備，由于場地限制及接線復雜等原因，原有熱工檢定系統只能開展熱電偶一個項目，本文對熱工檢定系統進行了改造升級，完美解決了場地限制及線路復雜等問題，并編寫了熱電阻檢定系統軟件，使其采集能夠按照熱電阻檢定規程的要求采集數據，計算結果，實現熱電阻檢定的智能化，將原本只能開展熱電偶檢定的系統增加了熱電阻檢定功能。

熱電阻是由一個或者多個感溫電阻元件組成的，帶引線、保護管和接線端子的測溫儀器。為確保鉑熱電阻在使用中的測量值準確可靠，新制造和使用中的鉑熱電阻需要進行檢定。檢定方式一般分為兩種：使用熱電阻自動檢定系統和傳統人工讀取數據并計算的方式。

熱電阻的檢定是采集被檢熱電阻值和標準鉑電阻溫度計的電阻值，然后轉換成溫度，計算檢定點的誤差。很多計量技術機構跟我們一樣，采用人工抄寫電阻值，然后輸入用Excel編寫好的計算方法，對其數據處理，得到檢定結果。這種方式雖然減少了人工計算的繁瑣，但人為記錄數據很容易出錯，一旦出錯會給客戶帶來極大的麻煩，而且在計算過程中對數據的取舍也會對結果有影響。采用計算機智能化熱電阻檢定系統，可以更客觀、高效的完成熱電阻檢定工作。本實驗室原有的智能熱工檢定系統只有熱電偶檢定功能。

原系統簡介

2017年本實驗室采購了泰安磐然測控技術有限公司的智能熱工儀表檢定系統（以下簡稱熱工檢定系統），包括2個熱電偶檢定爐，1個接線臺，1臺電腦，1個控制柜（1個七位半數字多+1個低電勢掃描器+2個爐溫控制表）。如圖1所示，能夠實現熱電偶的檢定功能。

圖1 原熱工檢定系統

系統改造構想

隨著計量工作的不斷開展，本實驗室的熱電阻檢定數量不斷增加，企業對檢定結果的重視程度也不斷提高，之前靠人工記錄數據，然后輸入用Excel編寫好的計算公式，對其數據處理，得到檢定結果的傳統方法，已經遠遠不能滿足熱電阻的檢定要求，而重新購買一套熱工檢定系統的成本太高，場地占用也太大。于是我們想到了對原有智能熱工檢定系統進行升級改造，增加熱電阻檢定所用的恒溫裝置，利用原有智能熱工檢定系統的數字多用表、溫度掃描開關、接線臺、重新布線以及編寫熱電阻數據采集計算軟件，在原有功能的基礎上增加熱電阻檢定功能，從而實現熱電阻檢定的智能化。

改造方案實施

場地布置

由于之前該系統已經靠墻占滿了1#實驗室的一側，想在同側增加3個不同溫度段的恒溫槽已經無法實現，而如果把恒溫槽放置到1#實驗室的另一側，線路的布置就要穿過整間實驗室，會阻礙人員的通行，也具有安全隱患，而且線路過長會增加被檢熱電阻之外引入的阻值，最終影響熱電阻的測量結果。

于是想到了將熱電阻檢定設備布置在隔壁2#實驗室，這樣原來熱電偶的檢定設備就不需要移動，只需把3個恒溫槽放置在2#實驗室靠墻的位置，然后在墻體上打孔，將測試線引到隔壁2#實驗室，這樣既避免了線路在實驗室里橫穿影響工作人員的通行，又減小了引線阻值造成測量結果偏差。

購買引線、改變接線方式

熱電阻分兩線制、三線制、四線制，也就是一個熱電阻最多需要接四根引線，遠接線臺具有11個通道（1個通道接標準鉑電阻溫度計，10個通道接被檢熱電阻），于是我們購買了11組導線，每組導線包含4根引線，為了便于區別，4根引線分別采用棕、黑、藍、紫4個不同的顏色，每根引線的兩端分別安裝納子頭和夾子，以便于連接端子臺和被檢熱電阻。

系統接線方式也要進行改造，原來接熱電偶的端子有兩排需要與檢熱電阻公用，增加了線路的復雜性，所以必須仔細檢查線路的連接避免出現錯誤的情況，而且一個系統運行時必須防止另一個系統空置的接線發生短路或其他電信號干擾，一旦發生短路等情況，系統采集的數據將失效，改造后的系統如圖2所示。

圖2 改造后的熱工檢定系統

根據檢定點選用恒溫槽

J J G 2 2 9—2010《工 業 鉑、銅熱電阻檢定規程》中對熱電阻的檢定點要求是0℃和100℃必檢，其他溫度點是 在Δα不 符合要求的情況下檢定，所以0℃和100℃溫度點檢定的最多。雖然有的恒溫槽可以實現0℃和100℃甚至更高溫度的切換運行，但一個槽子更換溫度需要很長的穩定時間，所以我選擇用三個恒溫槽組合的方式提供熱電阻檢定的溫場，一個0℃恒溫槽只用來檢定0℃點、一個100℃恒溫槽只用來檢定100℃點，一個（50～300）℃的油槽用來檢定其他溫度點，將3個恒溫槽靠墻放置在2#實驗室。這樣3個槽子溫度穩定之后就不必再切換其他溫度，減小了溫度場的穩定時間，大大提高了我們熱電阻檢定工作的效率。另外，這3個恒溫槽不是通過系統控制的，而是通過恒溫槽自身的控溫儀表來控制，這樣減小了系統的復雜程度，降低系統出現錯誤的概率，操作也比較簡單。

軟件升級

硬件安裝好之后，數據采集系統也要進行改造，我們聯系了設備廠家，提出我們的要求，進行系統的運行軟件改造，以使其能夠按照JJG229-2010的要求采集熱電阻信號。為了防止與熱電偶檢定系統共用軟件而造成2個系統相互影響，熱電阻檢定系統單獨制作了一個獨立的采集軟件。經過多次運行驗證，系統運行穩定，數據采集、能夠準確計算得到熱電阻在各點的溫度誤差。

總結

利用原有熱電偶檢定系統進行升級改造，實現了熱電阻檢定的智能化。改造過程中除了購買的引線和接線端子外沒有新購其他設備，3個恒溫槽是實驗室原本就有的設備，這次使其得到了充分利用。

另外，還有廠家制作軟件的費用，這次的升級改造總花費20 000元，實現了熱電阻檢定從人工記數計算的方法，到計算機自動采集計算數據的智能化改造，大大提高了檢定工作效率，又降低了檢定過程中人為因素的影響。 ●