胡 健 徐 標(biāo) 梁顯有 孫子騫 / 廣東省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

隨著集成電路和儀器儀表的發(fā)展，高精密數(shù)字溫度計(jì)使用相當(dāng)廣泛，逐漸代替標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)，對(duì)溫度計(jì)量有著重大的影響。此類儀器能方便攜帶和讀數(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于法定計(jì)量機(jī)構(gòu)。然而儀器設(shè)計(jì)在某些方面仍不夠人性化，如大部分不具備上位機(jī)采集和數(shù)據(jù)分析軟件。

1 恒溫槽校準(zhǔn)過(guò)程中的問(wèn)題

在大量校準(zhǔn)恒溫槽、干井爐過(guò)程中，不具備上位機(jī)采集和數(shù)據(jù)分析軟件，依靠人工讀數(shù)有以下問(wèn)題。

1）根據(jù)恒溫槽及干井爐校準(zhǔn)方法要求在10min或者15min內(nèi)按規(guī)定時(shí)間間隔讀取標(biāo)準(zhǔn)器和被檢示值(一般是每10 s讀取一次，讀取60組數(shù))，最后按公式±(tmax-tmin)/2計(jì)算。采用人工讀數(shù)過(guò)程，檢定員需不停記錄儀器數(shù)值，較難按規(guī)定間隔讀數(shù)，容易引入人為誤差。而且每10min（或者15min）不間斷觀察儀器數(shù)值變化，尤其在高溫時(shí)，槽內(nèi)溫度波動(dòng)較大，儀器示值變化迅速，更易產(chǎn)生誤讀和記數(shù)混亂，校準(zhǔn)的效率較低。

2）JJF 1030-2010規(guī)定待槽溫穩(wěn)定后才進(jìn)行校準(zhǔn)，如何判斷槽溫的穩(wěn)定。由于目前控溫大都使用PID算法，存在溫度超調(diào)和振蕩問(wèn)題，判斷其穩(wěn)定情況需要記錄大量數(shù)據(jù)，觀察變化趨勢(shì)，才能給出合理判斷。而人工對(duì)槽溫穩(wěn)定性較難判斷和估計(jì)，容易在槽溫未充分穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，使實(shí)測(cè)波動(dòng)大于設(shè)備實(shí)際波動(dòng)。

3）進(jìn)行均勻性項(xiàng)目校準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)規(guī)程要求，分別測(cè)試ABCDEFGH上下水平面相對(duì)固定位置的平均值差值。二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻響應(yīng)速度存在差異，時(shí)間響應(yīng)將影響恒溫槽均勻性測(cè)試結(jié)果。需在波動(dòng)小或者波峰及波谷時(shí)測(cè)量，才能有效降低均勻性測(cè)試造成的影響。

設(shè)計(jì)一款軟件，能實(shí)時(shí)采集來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)器中的數(shù)據(jù)，并以圖形形式清晰直觀顯示槽溫穩(wěn)定性和溫度變化趨勢(shì)。本文以國(guó)產(chǎn)型號(hào)PDT-2A高精密數(shù)字溫度計(jì)為例，采用Visual Basic設(shè)計(jì)了方便恒溫槽等設(shè)備的采集程序。

2 采集軟件功能及方案實(shí)現(xiàn)

PDT-2A型高精密數(shù)字溫度計(jì)其技術(shù)指標(biāo)為±（0.001%FS+0.0015%讀數(shù)），電阻： 0～300 Ω。可配標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻直接顯示溫度值；配備二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻后，能滿足溫度測(cè)量和某些量傳工作；能滿足校準(zhǔn)恒溫槽、干井爐、工業(yè)鉑電阻電測(cè)設(shè)備技術(shù)要求。JJF 1030-2010規(guī)定以每分鐘至少6次的均勻間隔讀取示值，持續(xù)10min或恒溫槽使用說(shuō)明書(shū)中規(guī)定時(shí)間；干井爐波動(dòng)測(cè)試記錄30min內(nèi)，每2min測(cè)量一次。恒溫槽、干井爐均勻性及工業(yè)鉑電阻測(cè)試以均勻速度往返讀取兩通道示值，讀取間隔應(yīng)以5 s為宜。針對(duì)溫度計(jì)量特點(diǎn)，應(yīng)用軟件具備以下功能：實(shí)時(shí)采集儀器溫度或電阻數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并重構(gòu)、計(jì)算及分析相關(guān)參數(shù)、以圖形化顯示溫度或電阻變化趨勢(shì)。

3 軟件設(shè)計(jì)

首先將計(jì)算機(jī)串口與PDT-2A連接，使用串口調(diào)試助手或超級(jí)終端等軟件觀察，可得以下數(shù)據(jù)：T0129.0097 Ohm T0234.852 C。因此在VB中調(diào)用MScomm串口控件，并設(shè)置MScomm控件相關(guān)屬性，考慮實(shí)時(shí)性問(wèn)題，設(shè)置接收中斷MScomm.RThreshold= 1。當(dāng)儀器發(fā)數(shù)據(jù)一個(gè)字節(jié)到計(jì)算機(jī)時(shí)，產(chǎn)生中斷，并在中斷服務(wù)程序中完成基本處理并將數(shù)據(jù)保存于緩沖區(qū)。由于采集數(shù)據(jù)需要間隔讀取，因而調(diào)用Timer控件產(chǎn)生定時(shí)中斷，間隔時(shí)間依不同校準(zhǔn)規(guī)范要求而定，并將主要數(shù)據(jù)處理放入定時(shí)服務(wù)程序中。

針對(duì)串口以上所接收數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)為文本型、無(wú)嚴(yán)格通信協(xié)議。將“T”定義為數(shù)據(jù)開(kāi)頭，將“m”或“C”定義為數(shù)據(jù)結(jié)束，而“T”字符后第二字節(jié)為有效數(shù)據(jù)。并根據(jù)儀器一次發(fā)送一字節(jié)特點(diǎn)，需要篩選分離有效數(shù)據(jù)，最后使用CSng強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成單精度數(shù)字型，執(zhí)行語(yǔ)句data1 = CSng(tmp_string)。以上為某一次數(shù)據(jù)，累次數(shù)據(jù)保存在數(shù)組，執(zhí)行語(yǔ)句：temperature1(i_1) = data1。數(shù)據(jù)每次定時(shí)中斷后更新以text控件顯示，每個(gè)數(shù)據(jù)顯示一行，并以vbCrLf 換行，執(zhí)行詞句為tmp_v1 = tmp_v1 &temperature1(tmp_m1 - tmp_x) & vbCrLf。

根據(jù)恒溫槽均勻性、波動(dòng)性測(cè)試要求，對(duì)有效數(shù)組求平均值、波動(dòng)值，以控件Lable輸出顯示。測(cè)試恒溫槽時(shí)，如前所述使用圖形顯示溫度的波動(dòng)趨勢(shì)更直觀有效。VB有較為豐富的圖形控件如Mschart和line函數(shù)等。本文使用line函數(shù)在picturebox中繪制圖形。Line函數(shù)有兩個(gè)重要子函數(shù)：確定坐標(biāo)軸picX.Scale及劃線DrawRealLine。將數(shù)據(jù)最大、最小值定義為Y軸，使用picturebox.ScaleWidth定義為X軸。圖形隨數(shù)據(jù)變化而調(diào)整坐標(biāo)軸，圖形顯示合理、觀察方便。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及測(cè)試結(jié)果

軟件按特定時(shí)間間隔準(zhǔn)確讀取儀器中的數(shù)據(jù)，如圖1。以校準(zhǔn)恒溫槽為例，對(duì)同一設(shè)備進(jìn)行人工讀數(shù)和軟件自動(dòng)讀數(shù)測(cè)試波動(dòng)性，結(jié)果如表1。

垂直均勻度測(cè)試結(jié)果如表2。

圖1 軟件實(shí)時(shí)采集效果圖

表1 波動(dòng)性測(cè)試

表2 垂直均勻度測(cè)試

5 結(jié)語(yǔ)

綜合重復(fù)性和其他測(cè)量因素，測(cè)試結(jié)果基本一致，自動(dòng)采集值優(yōu)于人工讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)恒溫槽校準(zhǔn)所需要功能。此外，軟件具有較好通用性，除能滿足恒溫槽校準(zhǔn)，還能完成干井式溫度校準(zhǔn)器、工業(yè)鉑熱電阻自動(dòng)采集；對(duì)軟件修改數(shù)據(jù)接收和分析部分就可以適應(yīng)不同的下位機(jī)儀表，滿足其他場(chǎng)合的實(shí)用。

[1]全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1030-2010[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

[2]全國(guó)溫度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1176-2010[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

[3]吳勤，李振杰.恒溫槽溫度均勻性測(cè)量不確定度分析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2012，6：66-67+69.

[4]曹宇.油恒溫槽溫度波動(dòng)度測(cè)量結(jié)果的評(píng)定[J].企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2006，4：53-54.