孫國斌，劉廣溪

（錦州計量鑒定測量所 遼寧 錦州 121000）

便攜式溫場校準(zhǔn)儀的研發(fā)

孫國斌，劉廣溪

（錦州計量鑒定測量所 遼寧 錦州 121000）

溫場校準(zhǔn)方法在物理量的測量中是普遍運用的，并得到了廣泛運用。本文向我們展示了一種校準(zhǔn)精度相對較高的溫場校準(zhǔn)儀器的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)。闡述了溫度從采集到測量和處理的環(huán)節(jié)；剖析了影響儀器校準(zhǔn)精度的各種因素，介紹了從軟件和硬件兩個方面進(jìn)行處置,進(jìn)一步提高校準(zhǔn)精度的要領(lǐng)。

便攜式；高精度測量；溫場校準(zhǔn)儀；鉑電阻

1 引言

溫場校準(zhǔn)的精度受很多方面的影響，但是主要的影響因素有兩點：一是校準(zhǔn)儀儀器本身的精度，二是測量校準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)的傳感器的精度。由于目前國內(nèi)市場上的校準(zhǔn)儀器數(shù)量與質(zhì)量都是大規(guī)模的，不方便攜帶與操作；而且用于測量校準(zhǔn)儀器的傳感器也有多種多樣的，不同類型的傳感器會有自身溫度校準(zhǔn)的特點與方式。所以，便攜式的溫場校準(zhǔn)儀器的研發(fā)就成為對儀器創(chuàng)新必須進(jìn)行高精度衡量與校準(zhǔn)。而且，目前國內(nèi)的校準(zhǔn)儀器主要用于對現(xiàn)場的測量，所以這也是提高其便捷性的原因之一。因此，我們在用校準(zhǔn)儀進(jìn)行溫度采集與精確測量時就是要利用其集中性與聯(lián)系性來進(jìn)行溫場校準(zhǔn)儀器便捷性的提高。

2 硬件設(shè)計

2.1 校準(zhǔn)儀是由七大主要部分組成的。第一是恒流源，它是通過掃描和轉(zhuǎn)換多路數(shù)據(jù)對電阻與電壓的測試；第二是多路開關(guān)，它主要是為了控制校準(zhǔn)儀的線路安全，與方便操作；第三是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理是根據(jù)恒流源經(jīng)過電阻與電壓之間的電路輸送得到的，經(jīng)過了輸入通道，并通過輸入通道將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)換器中，以此來發(fā)送到屏幕顯示器中；然后，在CPU的記錄中，進(jìn)行去電路的疏導(dǎo)，并且記錄電阻與電壓之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過單片機來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，得到最后的結(jié)果值。

2.2 校準(zhǔn)儀要想進(jìn)行高精度的測量，必須要求電阻的影響值小、電路輸入快、并且要求轉(zhuǎn)換器的使用價值高等等。這里，我們采用的是AD公司的AD7710。實際上AD7710是一個非線性度是正負(fù)百分之零點零零一五，而測量得到電阻的阻抗是1GΨ的24個數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器。為了能夠得到高分辨率的屏幕分辨率，于是這里采用了LCD的顯示屏640×480，并且采用4×4的矩陣鍵盤，來清晰地顯示得出的數(shù)據(jù)數(shù)值與溫度曲線。

2.3 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)深入到各行各業(yè)。校準(zhǔn)儀是比較通用的儀器，因此其接口不能夠出現(xiàn)問題，則應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)的接口。通過其接口，可以實現(xiàn)本儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。并可以得到從監(jiān)察處測量的數(shù)據(jù)，減少了計量人員的數(shù)量。針對測量環(huán)境的現(xiàn)實問題，校準(zhǔn)儀除了要采用交流電外，還需要有足夠的電量來完成其測量的任務(wù)，因此在其儀器內(nèi)部設(shè)有鋰電池，這恰好有利于便攜式校準(zhǔn)儀的研發(fā)。

3 軟件設(shè)計

3.1 程序的結(jié)構(gòu)和流程在溫場校準(zhǔn)儀中，主控程序和數(shù)據(jù)采集模塊兩部分組成了溫場校準(zhǔn)儀的程序結(jié)構(gòu)，其中，程序結(jié)構(gòu)需要處理大量的數(shù)據(jù)信息，所以就有了上、下兩個單片機進(jìn)行協(xié)作。并且，在此過程中采用了高速運轉(zhuǎn)的16位的單片機；而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整理的下位機則只需低速便可。

3.2 電阻的測量處理

電阻的測量和處理由從機完成。用比較法來進(jìn)行電阻的測試，100Ψ的機內(nèi)置溫度系數(shù)電阻為2ppm，所有通道要將被測量的電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻相比，得到一個新的電阻值，這就是最后電阻值。設(shè)被測電阻為Rx，標(biāo)準(zhǔn)電阻為Rb，有：在Rx/Rb=x/b中，b是測量Rb后的數(shù)，x是測量Rx的數(shù)，從而得到Rx=(x/b)Rb的最終結(jié)果。

3.3 校準(zhǔn)技術(shù)

因為校準(zhǔn)儀主要進(jìn)行的是比較測量校準(zhǔn)，所以在對內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行校準(zhǔn)時，便采用了電阻對比的方法，用儀器內(nèi)部使用的標(biāo)準(zhǔn)電阻與實驗外部的電阻進(jìn)行對比，便可以得到更為精確的比較，其中要假設(shè)外部的電阻是Rt，這時的外接電阻與內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電阻可以根據(jù)以下的公式進(jìn)行計算：Rt/Rr=t/r，則Rr=Rt/(t/r)。

Pt100電阻轉(zhuǎn)換成溫度所使用的國際上通用的公式如下：

（1）當(dāng) Rt=Ro(1+At+B2t)，（-200℃ ＜t＜0℃）；

（2）當(dāng)Rt=Ro(1+Xt+Y2t+Z(t-100)t3)，（0℃≤t≤850℃）。

這時，通過以上的計算，我們可以從中得到Pt100的電阻值，根據(jù)計算得到的電阻值，我們可以推算出具體時間的電阻值。例如：電阻X是在t時的值。實現(xiàn)兩者間的轉(zhuǎn)變，這里運用了一種可以用于高精密溫度量測量的歸納方法。

下面介紹使用簡單歸納法和演繹法求方程根的算法。

首先，將方程f(t)=0（3）

改寫成等價形式t=φ(t)（4）

那么，（1）、（2）式則可以改寫成等價形式：

t=(Rt/R0-1-Bt2)/A（5）

t=(Rt/R0-1-Bt2-C(t-100)t3)/A（6）

使用簡單歸納法和演繹法法求解以上兩個方程，必須滿足簡單歸納法和演繹法收斂的條件：

(a)f(t)在區(qū)間[a，b]上連續(xù)；

(b)f(t)在區(qū)間端點上的函數(shù)值是正反相對的，即f(a)f(b)＜0;

(c)方程f(t)=0的等價形式((4)式)在區(qū)間[a，b]上滿足|φ′(t)|≤|q|＜1。

經(jīng)過上述多次實驗與計算，我們算得電阻與時間，電阻與溫度相互對應(yīng)的值。而且在實驗允許的范圍內(nèi)不能夠太多次的重復(fù)操作，應(yīng)當(dāng)保證實驗的科學(xué)性與有效性。而后我們可以將其進(jìn)行溫場與電阻的轉(zhuǎn)換，從而得到最后的實驗結(jié)果。

4 結(jié)語

通過調(diào)查，我們可以了解到大概的中國市場，當(dāng)前，我國的儀器廠家給溫場的測量，設(shè)計了多種多樣的產(chǎn)品，但是多多少少都存在著問題。例如，主要有兩類問題：一是成本較高，而且攜帶不便；二是雖然投入的成本雖然較少，但是所使用的A/D轉(zhuǎn)換器精密度不高，一般為零點一度到零點三度，而且即便是很高級的傳感器都會存在誤差。所以，研發(fā)便捷式溫場校準(zhǔn)儀便成為了必要的。

本文采用的方式來實現(xiàn)便捷式溫場校準(zhǔn)儀的研發(fā)，其中有利的因素有這么幾項：成本較低、準(zhǔn)確度高、而且穩(wěn)定性較好；然后可以在操作中將傳感器參數(shù)的校正值輸入到儀器中，可以抵消傳感器引起的誤差，實現(xiàn)高精度測量，便于儀器的攜帶。

[1]李吉林，汪開道，張錦霞，等.溫度計量[M].中國計量出版社，1999（62）.

[2]徐士良.計算機常用算法[M].清華大學(xué)出版社，1989.

[3]盧勝利.智能儀器設(shè)計與實現(xiàn)[M].重慶大學(xué)出版社，2003.

[4]曾全堃.儀器電路[M].重慶大學(xué)出版社，1996.

[5]沈光浩.漢語派生詞新詞語研究述評[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報，2014(1).

TE974 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0085-02

孫國斌（1959-），男，漢族，遼寧錦州，本科，副高級工程師，熱力學(xué)溫度的檢定；

劉廣溪（1984-），男，漢族，吉林德惠，本科，工程師，熱力學(xué)溫度的檢定。