热电偶自动检定系统的炉温控制设计

　　0　引言

　　热电偶使用一段时间后,为保证其准确度和正常使用,要进行周期检定。目前,工业上通常采用直接比较法检定,即将被校热电偶和标准热电偶直接比较的一种检定方法。检定时,把被检热电偶和标准热电偶捆扎在一起送入检定炉,测量端应位于检定炉均匀的高温区中,检定炉内的温度应恒定在被校温度点^[1]。为提高检定效率,减少误差,现多采用热电偶自动检定系统。根据《热电偶、热电阻自动测量系统校准规范》对检定炉温场的要求:检定点与设定点偏差不超过±5℃,恒温时≤0·6℃/6 min,测量时≤0·2℃/min^[2].

　　1　硬件构成^[3-4]

　　1.1　热电偶自动检定系统组成

　　图1为热电偶自动检定系统组成框图。

　　测温元件检定测控仪(简称测控仪)可接受微机指令,按双极法的检定要求切换各检测通道,使高精度数字电压表的测量端与相应的测点回路相通,数字电压表按照微机的指令进行电势测量并把测得电势值送回微机。微机可以按指令要求进行开关切换和数字电压表的数据采样工作,根据测得的标准热电偶热电势换算出当前的炉内温度,并按照设定温度点的要求控制检定控温伺服器,改变检定炉的加热电流,从而实现检定炉炉温的自动控制。

　　1.2　检定测控仪

　　检定测控仪是热电偶与数字电压表之间的枢纽,也是计算机与检定炉及控温伺服器之间的枢纽,测控仪和微机之间通过插在微机的扩展槽中专用的计算机接口板连接。图2为测控仪工作原理框图。根据特定的控制算法,利用DAC1210将计算出的控制量结果转变成模拟量0~5 V给测控仪的控制输出,测控仪用它来触发伺服器中可控硅导通角,从而达到对检定炉的加热和控温。

　　1.3　控温伺服器

　　控温伺服器的主要功能是执行检定测控仪发出的信号并向检定炉提供加热电流。图3为检定炉控温伺服器原理图。其中交流接触器J用于控制强电接通和关闭。指示灯D1用于伺服器接通电源指示;指示灯D2是伺服器工作指示。检定炉的加热电流由可控硅来调节,而可控硅的控制则通过脉冲移相触发器,输出的电压大小根据测控仪的控温信号大小而决定。测控仪的控制输出0~5 V经硬件上的处理后,与检定炉加热丝两端电压0~220V成线性对应关系。

　　2　控温算法

　　2.1　检定炉控制系统特点

　　在实际系统中,检定炉的大滞后特性、非线性、时变性等是相当复杂而又难以用数学公式精确描述的问题。现将检定炉温度控制的特点简单分析如下: