提高熱電偶檢定工作效率方法探討

翟旭

摘要：為了最大限度地挖掘熱電偶自動檢定裝置的檢定能力，分析了現有系統導致熱電偶檢定效率低的原因，通過改造檢定爐交換控制系統，針對不同型號檢定爐整定調節系統PID參數，提高熱電偶（阻）檢定效率。

關鍵詞：熱電偶;檢定系統;檢定爐交換控制

1熱電偶檢定系統情況概述

熱電偶自動檢定系統由檢測回路和控溫回路組合而成，檢定爐溫度的升高及恒定由控溫回路通過計算機指令及溫控器控制。標準偶和被檢偶的電壓信號傳遞及測量由檢測回路通過多路掃描開關和數字多用表實現，并通過計算機進行數據采集和分析。計算機軟件程序按檢定規程要求判斷爐溫和溫度穩定性是否達到要求，滿足要求后，檢測回路將被檢電偶信號通過多路掃描開關依次傳給數字電壓表;軟件程序按檢定規程要求對接收的數據進行處理，得出最終檢定結果。

1.1 ZRJ-03型單爐熱電偶自動檢定系統

ZRJ-03單爐熱電偶自動檢定系統（以下簡稱ZRJ-03）自帶控溫軟件，控溫方式為標準偶控溫，一次只能控制一臺檢定爐。檢定結束后通過人工更換爐接線端更改需控制的檢定爐。此外，該系統還在低電勢掃描器/控制器上內置了一個參考端溫度測量電路，附帶了參考端溫度傳感器。ZRJ-03提供了以下三種可選擇的參考端處理方法，增加了參考端處理的靈活性：1、標準偶與被檢偶均置于冰點槽中;2、標準偶與被檢偶均使用傳感器補償;3、標準偶置于冰點槽中，被檢偶使用傳感器補償。

1.2 ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統

ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統（以下簡稱ZRJ-04）相比ZRJ-03，增加了分級低電勢掃描開關與掃描控制系統，ZRJ-04的控溫方式采用RS485總線智能儀表和SSR進行控溫，其控溫溫度以及PID參數等可實現遙控設定，并由上位計算機進行集中控制。智能儀表的控溫偏差可進行手動或自動修正，以滿足檢定允許偏差的要求。系統可自動進行控溫數據記錄和顯示，既可集中顯示各檢定爐的控溫參數，又可分別詳細顯示不同檢定爐的工作狀態與控溫參數，并自動繪制控溫曲線。與ZRJ-03相比，將ZRJ-03系統的一級低電勢掃描器/控制器更換為二級低電勢掃描器/控制器，能同時控制2臺檢定爐，每臺檢定爐能檢定1-8支熱電偶。

1.3 DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統

DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統（以下簡稱DTZ-01）組成及功能與ZRJ-04基本相同。參考端處理可采用冰點恒溫器補償或參考端溫度傳感器自動補償。參考端溫度傳感器采用A級Pt100鉑電阻。

2.熱電偶檢定效率低下原因分析

2.1熱電偶檢定裝置使用情況

（1）三套獨立的檢定系統不能同時工作

依上節介紹三套檢定系統控溫原理不同，導致三套檢定系統不能兼容，各檢定系統只能對本身攜帶的檢定爐進行控溫，不能對其它2套檢定系統的檢定爐進行控溫，使用有局限性。在檢定爐降溫期間檢定系統處于閑置狀態，影響檢定效率。

（2）三套獨立檢定系統接線混亂

原有的3套熱電偶檢定系統各自工作的原理不同，隨機攜帶的檢定爐接線連接雜亂，各自獨立布線、接線，信號線和電源線相互穿插，接線端子完好狀態不同。對于檢定出現的故障情況，無法及時快速排查原因，只能逐項排除效率低，影響檢定效率。

（3）檢定過程中控溫切換問題

檢定過程中控溫偶切換需要人為到檢定爐后更換，由于實驗室空間問題、挪動儀器時對其它爐干擾問題及爐外壁高溫等問題，控溫切換效率低、故障率高、兼容性不好、安全隱患多、操作難度大。熱電偶檢定需求量大時，該難題的解決與否直接關系到檢定進度。

（4）控溫時間長，影響檢定效率。

現用檢定爐型號為DTL-600和DTL-300檢定爐，短型熱電偶的檢定需用DTL-300短型爐檢定，使用時發現系統對DTL-300短爐控溫過程不理想，溫度波動容易超過±0.25℃/min，系統無法完成數據采集需重新精密控溫，延長檢定時間，影響檢定效率。

2.2熱電偶檢定作業流程因素

將標準熱電偶和被檢熱電偶捆扎良好放置在熱電偶檢定爐中，設置檢定溫度點加熱到需要的檢定溫度點附近，爐溫恒溫一段時間達到測量條件后通過電測設備比較標準熱電偶和被檢熱電偶的熱電勢完成檢定工作。熱電偶檢定數據采集一般檢定3-5個溫度點，每個點采樣2個循環。熱電偶檢定完畢需降溫到100℃左右才能出爐，如果在溫度過高時取出，偶絲容易因產生內應力而降低其穩定性，爐內管也容易因驟冷而炸裂。降溫過程緩慢，因此耗費時間較長。

3.解決方案實施與應用

3.1增加檢定爐控制系統

我們對原有三套裝置進行優化改造，制作了檢定爐交換控制系統，其主要組成結構為：檢定系統選擇部分、檢定爐選擇部分和控溫偶選擇部分。本系統能夠使原本各自獨立的3套檢定系統整合到一起，實現各系統和各檢定爐之間的自由組合。在使用時只需將當前工作的熱電偶自動檢定系統的控制回路開關接通，并利用控制連接線將相應控制回路的輸出插座和需要控溫的檢定爐接口插座相連即可。

3.2控溫PID參數調節

裝置升級后，8個檢定爐（2個DTL-300短爐和6個DTL-600長爐）及三套檢定系統可以互相匹配使用，由于不同長度加熱爐爐況存在差異，因此在熱電偶的檢定過程中，由控制器對加熱爐進行控制時，不同的溫場條件PID參數會存在差異。對有不同型號的檢定爐，低、中、高溫的PID參數差距很大，如果簡單地用一套PID參數，則不可能在所有檢定點上都達到理想的控溫效果，系統程序已采用了溫區劃分方案，對不同溫區設置不同參數。

我們采用ZRJ-04型雙爐熱電偶自動檢定系統、300型短爐檢定4支K型短熱電偶（編號1、2、3、4、5）為例開展檢定工作。另外由于短型熱電偶長度短，熱量通過偶絲傳導也加劇了參考端的溫升，因此我們在檢定過程中在其參考端接上相應型號的補償導線減少其測量誤差。同時為保證對比試驗準確性，前后兩次檢定中我們使用統一標準器、同一加熱爐和同一組被檢偶，控溫參數調整前，檢定4支熱電偶共須210min;控溫參數調整后，檢定4支熱電偶共需116min，可節約一半時間。結果顯示，誤差基本相近，具有相同的檢定結果，提高了檢定效率。

4.結論

通過系統改造，檢定爐控制系統實現了2套檢定系統和8臺檢定爐之間的無縫切換，操作步驟難度降低，節約操作時間。通過檢定方案調整，PID參數的調節設置節約了長短爐切換造成的控溫時間長問題。經過我廠大檢修期間大批量工作結果顯示，通過以上方法不僅擴大檢定能力，提高檢定效率，還保證了操作人員的安全。