基于恒溫油槽的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2023-08-21
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摘要:根據(jù)
低溫?zé)犭娕?/strong>實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)需求,介紹了低溫?zé)犭娕甲詣?dòng)檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程。并通過(guò)該系統(tǒng),將低溫?zé)犭娕嫉男?zhǔn)方式由手動(dòng)提升為自動(dòng),提高了校準(zhǔn)效率。為驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性,將其與上級(jí)計(jì)量站對(duì)同一支熱電偶的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證結(jié)果為滿意,可將其應(yīng)用于低溫?zé)犭娕嫉娜粘Ｐ?zhǔn)工作。
0引言
熱電偶常用于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及零部件試驗(yàn)中的溫度參數(shù)測(cè)量,因此,為保證測(cè)量的準(zhǔn)確可靠,需對(duì)熱電偶進(jìn)行校準(zhǔn)。由于日常低溫?zé)犭娕?300℃以下溫區(qū)的鎧裝熱電偶、廉金屬熱電偶、工作用銅-銅鎳熱電偶)的校準(zhǔn)工作中,需采用恒溫油槽提供均勻溫場(chǎng),但目前實(shí)驗(yàn)室僅在校準(zhǔn)300C以上溫區(qū)熱電偶時(shí),使用群爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng),基于恒溫油槽的低溫?zé)犭娕夹?zhǔn)均為手動(dòng)(包括手動(dòng)設(shè)置恒溫槽溫度、手動(dòng)讀取數(shù)字多用表顯示的熱電勢(shì)值，與有自動(dòng)檢定系統(tǒng)的高溫?zé)犭娕?/strong>校準(zhǔn)相比,校準(zhǔn)人員需投人更多的時(shí)間和精力。因此,搭建了基于恒溫油槽的低溫?zé)犭娕甲詣?dòng)檢定系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)犭娕嫉淖詣?dòng)檢定/校準(zhǔn),從而減少不必要的人力投人，提高了低溫?zé)犭娕夹?zhǔn)效率。
1自動(dòng)檢定系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1系統(tǒng)組成及功能
(1)計(jì)算機(jī):開(kāi)發(fā)軟件程序，與恒溫槽、數(shù)字多用表、堆棧式測(cè)溫儀通訊,實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫槽的溫度控制，讀取數(shù)字多用表及堆棧式測(cè)溫儀的測(cè)量值。
(2)恒溫槽:為被校熱電偶測(cè)量端提供與校準(zhǔn)溫度點(diǎn)近似的均勻溫場(chǎng)。
(3)零度恒溫器:為被校熱電偶參考端提供近似0℃的均勻溫場(chǎng)。
(4)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì):測(cè)量恒溫槽的實(shí)際溫度(校準(zhǔn)溫度點(diǎn)附近)。
(5)數(shù)字多用表:測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻值。
(6)堆棧式測(cè)溫儀:測(cè)量被校熱電偶的熱電勢(shì)值。
1.2系統(tǒng)工作原理(見(jiàn)圖1)
采用比較法進(jìn)行校準(zhǔn),將被校熱電偶與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)置于恒溫槽中,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)感溫點(diǎn)與被校熱電偶測(cè)量端置于有效工作區(qū)域的同一水平位置,插人深度≥200mm;將被校熱電偶參考端與堆棧式測(cè)溫儀的專用導(dǎo)線連接后,置于零度恒溫器內(nèi),插人深度≥150mm。當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溫度偏離校準(zhǔn)溫度點(diǎn)±0.5℃以內(nèi)、溫度變化≤0.05℃/min時(shí)開(kāi)始讀數(shù),讀數(shù)順序見(jiàn)圖2。
每支被校熱電偶的讀數(shù)不少于4次,且每一校準(zhǔn)溫點(diǎn)的整個(gè)讀數(shù)中,溫度變化應(yīng)不大于0.1℃。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)測(cè)得電阻值,可知恒溫槽與校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的偏差為:
式中:△t---恒溫槽實(shí)測(cè)溫度與校準(zhǔn)點(diǎn)溫度之差,℃;tn---校準(zhǔn)點(diǎn)溫度,℃;t´---校準(zhǔn)時(shí)，恒溫槽.的實(shí)測(cè)溫度(接近tn),℃;Rt、Rtp---標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻在實(shí)際溫度點(diǎn)和水三相點(diǎn)測(cè)得的電阻值,Ω;Wstn---標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻在校準(zhǔn)溫度點(diǎn)tn的電阻比值;(dWst/dt)t=tn---標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻在校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的電阻比值對(duì)溫度的變化率。
由此可得,被校熱電偶在校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的電勢(shì)值E(tn)為:
校準(zhǔn)結(jié)果處理:標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的實(shí)測(cè)溫度保留兩位小數(shù),被校熱電偶的熱電勢(shì)保留3位小數(shù)，示值誤差和不確定度均保留1位小數(shù)。
系統(tǒng)搭建過(guò)程
2.1硬件搭建
整個(gè)系統(tǒng)硬件搭建過(guò)程包括三個(gè)部分,即:
(1)計(jì)算機(jī)與油槽通訊:二者連接成功后,通過(guò)計(jì)算機(jī)編程,輸出設(shè)置恒溫槽溫度的命令,將人工操作恒溫槽前面板的控制鍵轉(zhuǎn)化為程序操作，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的自動(dòng)設(shè)置。
(2)計(jì)算機(jī)與數(shù)字多用表通訊:二者連接成功后,通過(guò)計(jì)算機(jī)編程,輸出讀取數(shù)字多用表測(cè)得值的命令,將讀取的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的電阻值轉(zhuǎn)換為恒溫槽實(shí)測(cè)溫度,得到與校準(zhǔn)溫度點(diǎn)的偏差,并填人原始記錄表格,實(shí)現(xiàn)恒溫槽實(shí)測(cè)溫度的自動(dòng)記錄。
(3)計(jì)算機(jī)與堆棧式測(cè)溫儀通訊:二者連接成功后,通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，輸出讀取堆棧式測(cè)溫儀測(cè)得值的命令,將人工讀取電測(cè)設(shè)備測(cè)得的被校熱電偶熱電勢(shì)值轉(zhuǎn)化為程序讀取,并填人原始記錄表格，實(shí)現(xiàn)被校熱電偶熱電勢(shì)值的自動(dòng)讀取和記錄。
2.2軟件搭建
該系統(tǒng)基于VB6.0軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，程序框架見(jiàn)圖2。由于實(shí)際工作中多為2個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn),因此以1個(gè)和2個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)為例。
3系統(tǒng)工作過(guò)程
系統(tǒng)工作前,需先將被校熱電偶按順序與堆棧式測(cè)溫儀各通道的專用導(dǎo)線連接,然后將熱電偶測(cè)量端(熱電偶兩極焊接處)插人恒溫槽恒溫區(qū)的玻璃管底部，再將熱電偶參考端(熱電偶與導(dǎo)線連接處)插人零度恒溫器,最后將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)插人恒溫槽,并將鉑電阻引出的四根導(dǎo)線與數(shù)字多用表連接。運(yùn)行程序時(shí)，系統(tǒng)主界面見(jiàn)圖3,其工作過(guò)程按程序框架執(zhí)行。
4系統(tǒng)驗(yàn)證
利用歸一化偏差En驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性。選取1支工作用銅-銅鎳熱電偶,將系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)和送至國(guó)防軍工2111二級(jí)計(jì)量站校準(zhǔn)得到的100℃、200℃的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及測(cè)得值的不確定度兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),見(jiàn)表1。
5結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)建立基于油槽的低溫?zé)犭娕甲詣?dòng)檢定系統(tǒng),改變了低溫?zé)犭娕嫉氖謩?dòng)校準(zhǔn)現(xiàn)狀,并與上級(jí)計(jì)量站校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)開(kāi)展低溫?zé)犭娕甲詣?dòng)校準(zhǔn)工作的可靠性,可將其應(yīng)用于低溫?zé)犭娕嫉娜粘z定/校準(zhǔn)工作中。
