各种温度仪表的自动校准系统

　　随着各种仪表在工业各领域的广泛使用,熟悉和掌握常规仪表的校验方法,了解相关的计量标准和检定规程,对于理工科大学生显得日益重要,并逐渐成为一项新的物理实验内容。基于这一目的,我们研究开发了一套利用计算机实现对各类温度仪表校准的实验系统。

　　温度表的类型多种多样,主要包括自动平衡式温度表、动圈式温度表、数字温度表及温度变送器等,但就其测量机构而言所有温度表都不外乎配热电偶型和配热电阻型两种。目前对温度表的校准一般采用手工计算,手工调校,手工填表,校准过程十分繁杂,采用计算机辅助校准后,校准过程可以完全实现自动化。学生在实验过程中将会掌握各类温度表校验过程,同时对当前工业仪表自动化校验及管理有一个基本的认识。

　　1　实验系统组成及原理

　　对温度仪表的校验包括反校法与正校法两种,所谓反校法就是调节信号源的输出使被校表恰好显示某校准点温度值(显示仪表,如数字温度表)或使被校表恰好输出该校准点温度对应的理论输出值(非显示仪表,如温度变送器),将此时信号源的实际输出值与该校准点温度对应的理论计算值相比较从而确定被校表等级的方法;所谓正校法就是使信号源输出某校准点温度对应的理论计算值,将此时被检表的实际显示值(显示仪表)或实际输出值(非显示仪表)与该校准点理论显示值或理论输出值相比较从而确定被校表等级的方法。为了实现校验过程的自动化,本实验系统对显示仪表采用反校法而对非显示仪表采用正校法。本实验系统利用计算机控制自行设计的热电偶单元和热电阻单元模拟热电偶和热电阻的输出接到待校仪表的输入端。系统结构见图1。对非显示仪表需将待检表的输出接到高精度电压/电流测量仪表上,再利用计算机采入相应测量值(见图1中的虚框部分)。

　　自行设计的热电偶/热电阻单元结构基本相同,均采用AT89C55单片机及AD669 16位D/A转换器。

　　AT89C55单片机接收从计算机传来的分度号及温度值换算成对应的电压值或电阻值。若待检表为配热电偶型,温度t对应理论电压值由下式算出(式中参数c0至c9根据热电偶类型及温度t确定),详见参考文献[1]:

　　该计算值经过D/A转换输出相应的电压或电阻送至被检表的输入端,从而达到模拟各类热电偶、热电阻输出的目的。

　　图1中的高精度电压/电流测量单元实质上是由单片机控制的A/D转换单元,它将非显示仪表的输出经A/D采样后传送到PC机,该部分也可由可程控的高精度数字万用表替代。

　　2　计算机软件设计

　　该实验系统的上位机校验控制软件用VB5·0编写,在其软件主界面上学生需选择所检温度表类型、分度号、准确度等级,然后填写检定点数目及各点温度值、环境温度、相对湿度等参数。所有项目填写完成后按“确定”按钮,软件会根据所选温度表类型进入该表的检定界面,并将待检各点温度值及对应的电压值或电阻值填入相应表格中。学生选择待检温度值并按“发送”按钮,计算机就将各相应参数值通过串口发送给热电偶或热电阻单元同时采入相应数据。在计算机软件的导引下,学生根据检定规程对仪表进行逐项检定。检定完成后,在学生保存检定结果的同时,系统自动计算出各项误差,这些误差计算结果存入数据库,当然计算结果是不显示在桌面上的,教师可通过查询菜单(设密码)查询学生检定数据及各项误差值。校准实验流程见图2。