趙 琳 劉 巖 李鎖印 趙革艷 趙新宇 梁法國(guó) / 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所

基于VBA的工業(yè)鉑電阻半自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)

趙 琳 劉 巖 李鎖印 趙革艷 趙新宇 梁法國(guó) / 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所

介紹一種在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的工業(yè)鉑電阻半自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的工作原理及軟件流程進(jìn)行了論述，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)了判斷恒溫槽溫場(chǎng)變化、自動(dòng)記錄鉑電阻阻值數(shù)據(jù)、在校準(zhǔn)(檢定)完成后對(duì)鉑電阻進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)判定、自動(dòng)生成原始記錄和證書(shū)等功能，解決了以往工業(yè)鉑電阻的校準(zhǔn)(檢定)工作中遇到的數(shù)據(jù)量大，后期處理繁瑣的問(wèn)題，具有推廣價(jià)值。

工業(yè)鉑電阻；VBA；半自動(dòng)校準(zhǔn)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)和科研試驗(yàn)研究中大量使用工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)，我國(guó)習(xí)慣稱為鉑熱電阻?，F(xiàn)在比較常見(jiàn)的工業(yè)鉑電阻是用真空濺射薄膜元件，經(jīng)過(guò)光刻、鍍保護(hù)膜，焊接引線而做成，適宜于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中[1]。對(duì)于日常工作中的鉑電阻，只有當(dāng)其檢定或校準(zhǔn)結(jié)果符合相應(yīng)的允差等級(jí)要求時(shí)，即可作為合格的計(jì)量器具使用。

目前鉑電阻檢定所依據(jù)的是JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》，檢定項(xiàng)目為外觀、絕緣電阻、穩(wěn)定性、允差等，其中允差包括0 ℃點(diǎn)和允差等級(jí)規(guī)定的上限(下限)溫度或100 ℃點(diǎn)(應(yīng)首選100 ℃)[2]。實(shí)驗(yàn)室在檢定鉑電阻時(shí)經(jīng)常遇到一些問(wèn)題，如后期數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)處理繁瑣、耗時(shí)、易出錯(cuò)、效率較低等。基于此，本文介紹了一種在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的工業(yè)鉑電阻半自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉑電阻校準(zhǔn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄的功能，并且可以在校準(zhǔn)完成后對(duì)鉑電阻進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)判定，自動(dòng)生成原始記錄和證書(shū)，最終實(shí)現(xiàn)了“證書(shū)與儀器的同步”，節(jié)約了計(jì)量時(shí)間[3]。

1 校準(zhǔn)系統(tǒng)的方案

目前儀器的校準(zhǔn)工作可分為全自動(dòng)校準(zhǔn)、半自動(dòng)校準(zhǔn)、全手動(dòng)校準(zhǔn)三種模式，其中半自動(dòng)校準(zhǔn)主要呈現(xiàn)為：標(biāo)準(zhǔn)器可程控，被檢儀器的設(shè)置需手動(dòng)完成。半自動(dòng)校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在電腦系統(tǒng)可完成校準(zhǔn)步驟、操作提示、記錄測(cè)量數(shù)據(jù)、判定等級(jí)、進(jìn)行數(shù)據(jù)和證書(shū)管理等。

依據(jù)鉑電阻的檢定規(guī)程，設(shè)計(jì)了一套適用于鉑電阻的半自動(dòng)校準(zhǔn)程序，采用計(jì)算機(jī)控制校準(zhǔn)系統(tǒng)，可以同時(shí)校準(zhǔn)多只鉑電阻，設(shè)定采樣時(shí)間、采樣周期，并將采樣的數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入用Excel編寫(xiě)的原始記錄，在原始記錄中直接應(yīng)用編輯好的公式計(jì)算實(shí)際電阻溫度系數(shù)，判定鉑電阻的等級(jí)，給出結(jié)論及不確定度，自動(dòng)生成證書(shū)。

1.1 校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成

規(guī)程中規(guī)定檢定鉑電阻時(shí)所需的標(biāo)準(zhǔn)儀器及配套設(shè)備有：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、電測(cè)儀器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、冰點(diǎn)槽、恒溫槽、高溫爐、水三相點(diǎn)瓶及其保溫容器、絕緣電阻表等。鉑電阻校準(zhǔn)系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)、超級(jí)測(cè)溫電橋以及恒溫槽等組成。工業(yè)鉑電阻的半自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、被檢工業(yè)鉑電阻、電測(cè)儀器、GPIB[4]接口卡和線纜、系統(tǒng)軟件及其他配套設(shè)備等組成。

其中測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，電測(cè)儀器為超級(jí)測(cè)溫電橋1594A，可以測(cè)量熱電阻和溫度，且1594A配有GPIB接口，系統(tǒng)軟件通過(guò)GPIB接口對(duì)其進(jìn)行程序控制，半自動(dòng)采集校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。整個(gè)校準(zhǔn)裝置的組成如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能有：運(yùn)行時(shí)可以控制超級(jí)測(cè)溫電橋1594A；可以實(shí)現(xiàn)多只鉑電阻的同時(shí)校準(zhǔn)；具備判斷恒溫槽溫場(chǎng)變化的功能；指定數(shù)據(jù)記錄位置；設(shè)定采樣時(shí)間及記錄次數(shù)；判定鉑電阻等級(jí)；故障診斷功能。

圖1 工業(yè)鉑電阻校準(zhǔn)系統(tǒng)組成

為了實(shí)現(xiàn)這些功能，采用Windows XP操作系統(tǒng)，測(cè)試軟件基于VBA開(kāi)發(fā)平臺(tái)[5-6]，其中通信部分功能的實(shí)現(xiàn)需要引用VisaCom[7]IO庫(kù)，物理連接則采用了常見(jiàn)的GPIB，選用通用的自動(dòng)化語(yǔ)言，使用Microsoft Excel作為生成原始記錄和證書(shū)報(bào)告的工具。

因?yàn)樾?zhǔn)的數(shù)據(jù)是直接寫(xiě)入原始記錄中，校準(zhǔn)的鉑電阻數(shù)量往往都會(huì)大于10只，這就需要分批校準(zhǔn)。每一批的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)都需要完整地記錄在相應(yīng)的位置，所以每次需要指定記錄數(shù)據(jù)的開(kāi)始位置，以免造成數(shù)據(jù)的混亂。程序編寫(xiě)過(guò)程中注意到1594A每次最多同時(shí)校準(zhǔn)三只鉑電阻，但是校準(zhǔn)過(guò)程中同時(shí)校準(zhǔn)的鉑電阻數(shù)量不定，所以編輯了一個(gè)對(duì)話框，在程序運(yùn)行開(kāi)始時(shí)用以選擇被檢鉑電阻數(shù)量，選擇后開(kāi)始校準(zhǔn)。運(yùn)行對(duì)話框圖如圖2所示。

圖2 軟件運(yùn)行框圖

校準(zhǔn)開(kāi)始首先需要判斷恒溫槽是否達(dá)到熱平衡，規(guī)程中規(guī)定恒溫槽的溫度在10 min內(nèi)變化不大于0.04 ℃即為達(dá)到了熱平衡，此時(shí)可認(rèn)為恒溫槽的溫場(chǎng)變化達(dá)到規(guī)程中的要求，開(kāi)始檢定鉑電阻。不滿足要求繼續(xù)等待恒溫，這一過(guò)程主要通過(guò)軟件控制采集標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)恒溫槽顯示溫度接近設(shè)定溫度后即開(kāi)始采樣標(biāo)準(zhǔn)器的溫度值，采樣間隔設(shè)定為2 min，適當(dāng)采樣多組數(shù)據(jù)，比較數(shù)據(jù)結(jié)果判定恒溫槽的熱平衡狀態(tài)。

當(dāng)鉑電阻校準(zhǔn)完成后，依據(jù)規(guī)程需要對(duì)鉑電阻進(jìn)行等級(jí)判定，以往這些都要通過(guò)手動(dòng)計(jì)算得出結(jié)論，現(xiàn)在通過(guò)Excel[8]中的計(jì)算公式即可自動(dòng)判別，隨之證書(shū)自動(dòng)生成。校準(zhǔn)軟件流程圖如圖3所示。

圖3 校準(zhǔn)軟件流程圖

2 實(shí)驗(yàn)分析

下文以校準(zhǔn)3只工業(yè)鉑電阻(編號(hào)分別為1、2、3)為例分析了軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。首先將標(biāo)準(zhǔn)器和被檢鉑電阻放入恒溫槽中，與超級(jí)測(cè)溫電橋連接好，計(jì)算機(jī)與超級(jí)測(cè)溫電橋之間用GPIB線連接。打開(kāi)程序，設(shè)定等待恒溫時(shí)間為5 min，設(shè)定每次數(shù)據(jù)記錄采樣時(shí)間間隔為20 s，選定開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)的表格位置，運(yùn)行程序，進(jìn)入圖2的界面，選擇被檢鉑電阻數(shù)量，此次實(shí)驗(yàn)為3只鉑電阻，所以選定數(shù)字“3”，再點(diǎn)“開(kāi)始”，開(kāi)始校準(zhǔn)，判斷恒溫槽是否達(dá)到熱平衡，不滿足要求繼續(xù)等待恒溫，直至滿足要求后開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。

圖4為校準(zhǔn)前后的原始記錄表格，加粗的方框內(nèi)是數(shù)據(jù)區(qū)，可以看出使用這一系統(tǒng)校準(zhǔn)鉑電阻時(shí)無(wú)需再手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)，只需要更換被校的鉑電阻即可。實(shí)驗(yàn)室規(guī)定證書(shū)的1 ～ 2頁(yè)為固定格式，證書(shū)結(jié)果的數(shù)據(jù)來(lái)源為原始記錄的數(shù)據(jù)，這些都用Excel[9]實(shí)現(xiàn)，只要原始記錄完成了，證書(shū)就可以自動(dòng)生成，減少因手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率，減少處理數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，提高校準(zhǔn)效率，具有很好的可行性。

圖4 校準(zhǔn)開(kāi)始前和校準(zhǔn)完成后的原始記錄表格

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺(tái)上開(kāi)發(fā)工業(yè)鉑電阻半自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，解決了實(shí)際校準(zhǔn)工作中遇到的數(shù)據(jù)記錄工作量大和數(shù)據(jù)處理繁瑣易出錯(cuò)的問(wèn)題，并且通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)了判斷恒溫槽溫場(chǎng)變化、在校準(zhǔn)完成后對(duì)鉑電阻進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)判定、自動(dòng)生成原始記錄和證書(shū)等功能，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一系統(tǒng)的可操作性。該程序具有一定的推廣性，如在使用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻校準(zhǔn)恒溫槽的過(guò)程中也會(huì)遇到一些類似的問(wèn)題，可以在這套程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的更改來(lái)完成恒溫槽的校準(zhǔn)工作。

[1] 廖理. 熱學(xué)計(jì)量[M]. 北京：原子能出版社, 2002.

[2] 全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 229-2010[S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社, 2010.

[3] 喬玉娥. Excel軟件的數(shù)據(jù)處理在證書(shū)報(bào)告編制中的應(yīng)用[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù), 2013(6), 33: 79-83.

[4] The Institute of Electrical and Electronics Engineers, lnc.IEEE Std 488.1TM: 2003[S]. new york，IEEE, 2003.

[5] John Walkenbach. Excel VBA Programming for Dummies[M]. HUNGRY MINDS, 2010: 67-172.

[6] John Walkenbach. Excel 2003 Power Programming with VBA[M]. John Wiley & Sons, 2004:112-147.

[7] Agilent Technologies Inc., “Agilent Technologies VISA COM I/O Help Edition 4”.

[8] Microsoft Corp., “Excel 2007 開(kāi)發(fā)人員參考”.

[9] Microsoft Corp. Excel 2007 Developer Reference 2006[CP]. Microsoft Corp, 2006.

Semiautomatic calibration system of industry platinum resistance thermometers based on VBA

Zhao Lin，Liu Yan，Li Suoyin，Zhao Geyan，Zhao Xinyu，Liang Faguo
（The13th Research Institute of China Electronics
Technology Group Corporation）

It introduces a kind of semiautomatic calibration system of industrial platinum resistance thermometers ,which is on the platform of VBA of the embedded Excel ,discussing the working principle and software flow of the system，and through the procedures to achieve the judgment of thermostatic bath temperature changes, automatic recording of platinum resistance data, when the calibration(verification) is completed, it can automatically rank determination and automatic generation the original records and certificates .It solves the work of a large amount of data in the calibration (verification) of previous industrial platinum resistance encountered, and solves the post processing complicated problem, which has good popularization and reference value.

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