热电偶群炉检定系统的设计与实现

陈永强

摘要：为了提高热电偶检定的工作效率，本文详细介绍了热电偶群炉检定系统的构成，采用积木式结构扩展连接，各单元模块都可以单独启动工作，也可同时对多台检定炉进行控制，自动采集数据并处理数据，最终实现了检定过程的自动化。

关键词：热电偶检定;群炉

引言

热电偶是根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件，在温度量值传递体系中起着重要的作用。根据相关国家检定规程的要求，需要对标准铂铑10-铂热电偶、工作用廉金属热电偶进行检定校准。传统的的热电偶检定装置采用的是单炉单次检定，加上升温和降温过程时间长，每次最多能检定4支热电偶，工作效率较低。于是，亟需对原先的单一模式的热电偶检定装置进行升级改造，来满足日益增加的检定工作量的要求，保证热电偶量值的正常传递。

1系统组成

热电偶自动群控检定系统是由计算机、打印机、七位半高精度数字多用表、低电势扫描器、温度控制仪和GPIB接口板等组成。该系统可同时控制4台检定炉，满足短时间内检定大批量热电偶的要求。整个检定系统以计算机为控制中心，进行数据的存储、记录和打印。计算机与数字万用表之间通过GPIB接口通信，GPIB具有极高的信息传输速率，保证了数据采集的准确性。计算机与其它硬件均采用RS485工业现场总线通讯，完成检定点的切换和温度控制，通讯距离可达30m，稳定可靠。系统组成如图1所示。

2系统原理及结构

检定时将标准偶与被检偶捆扎成束，使所有热电偶的感温头处于同一截面，然后装在检定炉的最高温区，热电偶检定炉负责提供检定所需的均匀温场。检定炉通过电炉丝进行加热，炉管采用耐火材料制成，保证在温度上升过程中检定炉良好的体积稳定性，标准热电偶和被檢热电偶测量端始终处在检定炉最高温场的中心。

各标准偶与被检偶的电势信号通过上下2级低电势扫描器送至数字多用表，低电势扫描器是热电偶与数字多用表之间的枢纽。开关基片采用大面积的敷银材料，具有很好的延展性、导电性和耐磨性，在使用期间性能可靠，使用寿命大大提高。

数字万用表负责采集热电偶电动势，并转换成二进制数字信号，通过GPIB接口与计算机进行通讯。当温度达到检定要求时立刻采集，结果在显示屏上进行显示。数字万用表的内部采用了运放电路，内阻可以做得很大，往往在1MΩ或更大，使其具有很高的测量精度。

3控温方案及实现

热电偶检定系统中一项最重要的技指标就是升温的快速性和恒温的稳定性。由于检定炉的热惰性较大，本系统采用以智能PID控制的方法对温度进行微调精确管理，提高了检定效率和控温精度。

系统使用两种PID控制模式，当实际温度距离设定温度点较大时，用PID模式1进行控制，可实现快速升温，当距设定温度点5℃以内，用PID模式2进行控制，可实现炉温稳定性控制。

4软件工作流程

4.1系统检定前准备

为使检定系统正确工作，在第一次运行时，应首先对系统通讯参数、检定控制参数、检定单位信息等进行正确的设置。通过点击软件主界面工具栏的“设置”按钮，在弹出的系统参数设置界面上进行设置。

4.2群炉检定功能

用户单击系统主界面工具栏的“群检”按钮，弹出“热电偶群检系统”界面，用户点击窗口上方的“设置”标签创建检定记录。

如图3所示，界面左侧由多个控温仪面板组成，右侧是40路通道列表，每个控温仪面板主要由功能按钮区、基本信息、标准器具容器、冷端器具容器和被检器具容器5个部分组成。

当完成设置后，点击窗口上方的“检定”标签，检定工作开始。

4.3技术指标

整套系统最终可以达到以下的技术指标，扫描开关寄生电势≤0.4μV，通道间数据采集差值≤1μV，测量重复性≤1.5μV，恒温性能，设定点偏差不超过±5℃，检定点温度波动性≤0.5℃/6min，测量读数时波动性≤0.1℃/min，测量数据处理结果验证≤0.5μV。

结束语

热电偶群炉检定系统通过长期的使用情况证明，不但实现同时检定多支工作用廉金属热电偶的工作需要，而且可以满足同时检定标准热电偶和工作用热电偶的工作需要，有效地统筹了标准和工作用热电偶检定时间，更好地保证了热电偶量值传递工作的开展。

参考文献

[1]JJG 75-1995，标准铂铑10-铂热电偶检定规程[S].

[2]JJF 1637-2017，廉金属热电偶校准规范[S].

[3]华叔权，郑金吾，张长岩，杜鹃.热电偶自动检定装置[J].石油大学学报，2000，24（5）：101—102.