廖 艷，付志勇，韓志鑫

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

工業(yè)熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度計量器具。由于其測量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、使用可靠、互換性好，在工業(yè)過程測量和控制中的應(yīng)用極其廣泛，提高工業(yè)熱電阻檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度和檢定工作的效率對工業(yè)發(fā)展極其重要。為此，國內(nèi)外都進行了一定的研究，國外主要采用自動檢定系統(tǒng)對工業(yè)熱電阻進行檢定；國內(nèi)大部分企事業(yè)單位還采用人工方式進行工業(yè)熱電阻檢定。隨著電子技術(shù)和計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，部分企業(yè)或研究院所研制出了能滿足檢定要求的自動檢定系統(tǒng)，但價格昂貴，而且不對外開放，實驗室人員無法根據(jù)自己的需求進行改進。因此，為提高自動檢定系統(tǒng)的性價比，滿足實驗室檢定需求，完善系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)管理功能，本文設(shè)計和開發(fā)了工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及基本功能

1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置、自動控溫裝置、恒溫設(shè)備、計算機、通用打印機和自主研發(fā)的專用軟件組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)工作時，將標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和被檢工業(yè)熱電阻溫度計一起插入恒溫槽中，各傳感器的引線按要求通過多通道傳感器轉(zhuǎn)接盒連接到多數(shù)據(jù)采集裝置上，連接控溫儀與恒溫槽，數(shù)據(jù)采集裝置和控溫儀通過RS-232接口與計算機連接。系統(tǒng)軟件通過RS-232通信端口向控溫儀發(fā)送控溫指令，向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令采集標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的值，并判斷恒溫槽槽溫是否滿足檢定條件，如果不滿足則繼續(xù)當(dāng)前溫度的控溫，如果滿足則按照檢定規(guī)程的要求向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令；數(shù)據(jù)采集裝置按順序讀取標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計和被檢溫度計的值，并通過串口將測量值傳給計算機，同時由系統(tǒng)軟件進行測量數(shù)據(jù)的保存和處理[1-2]。然后控制下一個溫度點，重復(fù)上述工作，直到完成所有設(shè)置的檢定溫度點后，通過軟件生成檢定證書，從而實現(xiàn)工業(yè)熱電阻溫度傳感器的自動檢定。

1.2 系統(tǒng)基本功能

1）可對不同分度號和不同線制的工業(yè)熱電阻進行檢定。

2）系統(tǒng)的控溫設(shè)備和數(shù)據(jù)采集可采用手動或自動方式。

3）系統(tǒng)軟件能夠自動掃描控溫裝置和數(shù)據(jù)采集裝置對應(yīng)的RS-232端口號，設(shè)置數(shù)據(jù)采集裝置的采樣參數(shù)；同時能對標(biāo)準(zhǔn)器和檢定人員進行管理；具備顯示恒溫設(shè)備控溫曲線、設(shè)定溫度、實際溫度、實時測量的電勢值或電阻值、波動度、開始時間、結(jié)束時間以及當(dāng)前狀態(tài)等信息的功能，并能實時顯示循環(huán)采樣數(shù)據(jù)。

4）具有斷電保護功能，軟件在非正常退出的情況下，可以自動保存當(dāng)前狀態(tài)和檢定數(shù)據(jù)，重啟系統(tǒng)后能夠繼續(xù)當(dāng)前檢定任務(wù)。

5）能夠自動完成工業(yè)熱電阻檢定，自動控溫、自動判斷恒溫條件、自動采集和記錄測量數(shù)據(jù)、自動計算、自動生成原始記錄和證書。

6）能夠查詢歷史記錄和證書。

2 系統(tǒng)硬件介紹

系統(tǒng)硬件主要包括數(shù)據(jù)采集裝置、自動控溫裝置兩部分。數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集器和低熱電勢轉(zhuǎn)換開關(guān)[3]。數(shù)據(jù)采集器用來接收計算機發(fā)送的指令，然后按指令進行測量設(shè)置，并將測量得到的數(shù)據(jù)傳送給計算機由軟件進行相關(guān)處理。選用2700數(shù)據(jù)采集器和7700開關(guān)模塊組成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集裝置[4]。

圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

自動控溫裝置用于接收計算機的控溫指令，實現(xiàn)系統(tǒng)恒溫槽和檢定爐的溫度控制和超溫保護。系統(tǒng)溫度控制裝置由宇電五位數(shù)字表、固態(tài)繼電器、交流接觸器等組成[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分采用C/S模式[6]開發(fā)，采用C#作為開發(fā)語言[7]，Visual Studio2010作為開發(fā)工具，.NET Framework4.0作為開發(fā)平臺，結(jié)合通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)[8]開發(fā)一套能實現(xiàn)溫度傳感器檢定系統(tǒng)自動控溫、自動檢定和自動分析處理數(shù)據(jù)的軟件。

3.1 軟件功能結(jié)構(gòu)

軟件主要包括系統(tǒng)管理、檢定任務(wù)和檢定結(jié)果3個功能模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)管理部分主要完成標(biāo)準(zhǔn)器管理、通信設(shè)置、采樣設(shè)置和人員管理。檢定任務(wù)部分主要完成被檢溫度計信息錄入、檢定溫度點設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器選擇、檢定項目設(shè)置、通道掃描測試以及檢定任務(wù)的執(zhí)行。檢定結(jié)果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準(zhǔn)證書。

用戶打開系統(tǒng)軟件，首先進行通信參數(shù)、控溫參數(shù)和數(shù)據(jù)采集相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，然后開始檢定任務(wù)信息設(shè)置，包括錄入被檢溫度計信息、設(shè)置檢定項目及恒溫性能參數(shù)、設(shè)置檢定溫度點、選擇標(biāo)準(zhǔn)器，然后測試系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)采集通道直到所有通道狀態(tài)正常，方可開始執(zhí)行檢定任務(wù)。檢定任務(wù)完成后控制恒溫設(shè)備的溫度，達到穩(wěn)定和檢定條件后，保溫并巡回檢定各被檢溫度傳感器數(shù)據(jù)，檢定完成后自動保存并處理測量數(shù)據(jù)。

3.2 軟件詳細設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理部分主要完成通信設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器管理、采樣設(shè)置和人員管理。通信設(shè)置主要完成上位機與控溫儀、數(shù)字多用表通信連接參數(shù)設(shè)置，上位機通過串口線將控溫儀和2700數(shù)字多用表連接。系統(tǒng)能夠自動掃描每個設(shè)備對應(yīng)的串口號，掃描過程中界面為灰色提示用戶等待，計算機逐個掃描串口，完成后顯示于界面中。系統(tǒng)能自動記錄用戶上次的配置信息，保存于xml配置文件，并在用戶下次開啟本系統(tǒng)時默認顯示該配置信息。需要設(shè)置的通信參數(shù)有波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位、握手協(xié)議，主要實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)器信息的創(chuàng)建、更新、刪除功能。用戶可新增標(biāo)準(zhǔn)器信息，所有錄入的標(biāo)準(zhǔn)器在列表中顯示，用戶可以選中列表中任一行，該行標(biāo)準(zhǔn)器信息自動顯示在參數(shù)控件中，用戶可編輯該參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)器信息的修改，或選中某一行信息進行刪除。系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器的有效期自動判斷到期時間，并提前一個月提示檢定人員送檢。采樣設(shè)置模塊主要完成數(shù)據(jù)采集裝置采樣頻率、單點采樣次數(shù)、控溫階段采樣間隔和保溫階段采樣間隔設(shè)置。人員管理模塊主要完成檢定人員和核驗人員信息新增、修改、刪除以及資質(zhì)到期提示。

3.2.2 檢定任務(wù)模塊

檢定任務(wù)部分主要完成被檢溫度計信息錄入、檢定溫度點設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)器選擇、檢定項目設(shè)置、通道掃描測試以及檢定任務(wù)的執(zhí)行。用戶進入檢定任務(wù)模塊后，首先錄入被檢溫度計信息，然后設(shè)置檢定項目和對應(yīng)的恒溫性能參數(shù)，設(shè)定被檢溫度點、選擇使用的標(biāo)準(zhǔn)器，這些信息配置完成后，可以進行通道測試。檢定任務(wù)開始后，首先向控溫儀發(fā)送控溫指令，然后采集標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)，實時顯示控溫曲線，同時判斷是否滿足檢定條件，當(dāng)滿足條件時，則開始按照規(guī)程測量標(biāo)準(zhǔn)器和被檢溫度計電阻值。在檢定過程中，系統(tǒng)實時顯示標(biāo)準(zhǔn)器和被檢溫度計測量值。檢定任務(wù)完成后，系統(tǒng)停止控溫和數(shù)據(jù)采集。其流程如圖3所示。

圖3 檢定任務(wù)執(zhí)行流程圖

3.2.3 檢定結(jié)果模塊

檢定結(jié)果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準(zhǔn)證書。用戶可以輸入檢定時間段、檢定記錄編號、被檢溫度計出廠編號、送檢單位查詢歷史檢定記錄，記錄顯示于列表中。用戶可以選擇一個記錄編號生成該批檢定的原始記錄，選擇某一支溫度計編號生成該支溫度計的檢定和校準(zhǔn)證書。證書生成是根據(jù)選擇的溫度計編號查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫，并按照檢定結(jié)果計算方法得出檢定結(jié)果，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)填充到證書模板，導(dǎo)出檢定證書或校準(zhǔn)證書。檢定結(jié)果計算及判斷流程如圖4所示。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

經(jīng)測試，本系統(tǒng)滿足JJG 229——2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》、JJF 1098——2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，系統(tǒng)運行良好，能有效提高工作效率，降低人為誤差。系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)執(zhí)行檢定任務(wù)時，軟件可實時顯示控溫曲線、設(shè)定溫度、實際溫度、實際測量值、十分鐘波動度以及任務(wù)開始時間、結(jié)束時間、當(dāng)前狀態(tài)等信息。通過輸入檢定起始時間和結(jié)束時間或者檢定記錄編號、溫度計編號、送檢單位信息可以查詢歷史檢定記錄，可選擇某一記錄編號生成對應(yīng)的原始記錄和證書。

5 結(jié)束語

本文開發(fā)的工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件，界面易用、操作步驟簡單，能實現(xiàn)自動控溫、自動判斷恒溫條件、自動采集和記錄測量數(shù)據(jù)、自動計算、自動生成原始記錄和證書、可查詢原始記錄和證書等功能。此外，系統(tǒng)軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)器、人員資質(zhì)到期提示功能以及形成的原始記錄和證書數(shù)據(jù)庫使實驗室的管理更加有效和規(guī)范。且該系統(tǒng)總體價格相對較低，在技術(shù)指標(biāo)和性能上能滿足國家相關(guān)檢定規(guī)程要求，能實現(xiàn)工業(yè)熱電阻的自動檢定。

圖4 檢定結(jié)果計算及判斷流程圖

[1]JJG 229—2010工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2010.

[2]JJF 1098—2003熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國計量出版社，2003.

[3]李志斌.一種新型的熱電偶、熱電阻自動檢定系統(tǒng)[J].微計算機信息，2007（13）：197-198.

[4]江偉歡.基于KEITHLEY 2700的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（4）：19-22.

[5]李凱.PID控制在熱電偶檢定裝置中的應(yīng)用[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2006.

[6]李云云.淺析B/S和C/S體系結(jié)構(gòu)[J].科學(xué)之友，2011（1）：14-16.

[7]李旗.C#.NET程序設(shè)計[J].北京：機械工程出版社，2008：145-237.

[8]李建中.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：204-251.