王東

哈密市質(zhì)量與計(jì)量檢測(cè)所 新疆哈密 839000

溫度傳感器在諸多行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用，起到了重要作用，為了確保溫度傳感器可以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，需要在國(guó)家支持下制定新規(guī)范和制度，積極推動(dòng)溫度傳感器自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。以往的計(jì)量檢定缺少專門設(shè)備，檢定效率不高，加之傳感器接線復(fù)雜，需要操作人員具備較強(qiáng)的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，熟練操作檢定設(shè)備開展工作。傳統(tǒng)的檢定方式局限性較大，難以滿足實(shí)際需要，迫切的需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化[1]。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

溫度傳感器自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，應(yīng)明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)硬件構(gòu)成。計(jì)算機(jī)作為主體，基于USB 接口將檢定設(shè)備連接在一起，溫度標(biāo)準(zhǔn)器屬于SWJ-KB 或是RCY-1A 型精密測(cè)溫儀裝置。在系統(tǒng)測(cè)量中應(yīng)用掃描采集器，測(cè)量溫度傳感器四線制阻值，包括Keithley2000 和ASM-801B 等幾種型號(hào)，其中ASM-801B可以接入8 路溫度傳感器，而Keithley2000 可以接入10 路，提供多種輸入擴(kuò)展模塊，有兩塊7708 模塊，最大接入40 路溫度傳感器[2]。

系統(tǒng)運(yùn)行中，恒溫槽創(chuàng)設(shè)均勻的溫度場(chǎng)，使用數(shù)字多用表來計(jì)算溫度計(jì)電阻，多個(gè)被檢溫度傳感器基于低電勢(shì)轉(zhuǎn)換開關(guān)，借助數(shù)字多用表來檢測(cè)溫度傳感器電阻，使用計(jì)算機(jī)使用數(shù)據(jù)采集卡來獲取數(shù)據(jù)，最后使用計(jì)算機(jī)來計(jì)算溫度值。比較分析溫度傳感器數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)值，綜合評(píng)估溫度傳感器性能。

控制計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)檢定系統(tǒng)的核心內(nèi)容，使用GPIB 接口卡、通訊接口自動(dòng)化檢定溫度傳感器、低電勢(shì)轉(zhuǎn)換開關(guān)通道、校準(zhǔn)流程，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的綜合分析和高效處理。如何確保溫度場(chǎng)均勻，使用內(nèi)部攪拌機(jī)攪拌介質(zhì)，控制恒溫槽溫度始終保持恒定狀態(tài)。另外，基于溫度傳感器來調(diào)整恒溫槽中介質(zhì)溫度，可以形成反饋電路創(chuàng)設(shè)均勻的溫度場(chǎng)[3]。

2 系統(tǒng)的偏差分析和處理

溫度傳感器自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)不可避免存在誤差，同數(shù)字多用表、溫度場(chǎng)穩(wěn)定性、檢定裝置溫度場(chǎng)不均勻性等因素聯(lián)系較為密切。系統(tǒng)選擇直接比較法來檢定溫度傳感器，此種方法通常是在工業(yè)實(shí)驗(yàn)室和計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。校準(zhǔn)溫度傳感器，一個(gè)基礎(chǔ)條件則是保證溫度場(chǎng)穩(wěn)定，溫度范圍最小為零點(diǎn)幾mK，最大為幾百mK，被檢定溫度系統(tǒng)溫度和固定點(diǎn)溫度始終保持一致。如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)保持不同狀態(tài)，兩個(gè)系統(tǒng)相互接觸出現(xiàn)熱交換，一段時(shí)間后系統(tǒng)狀態(tài)逐步趨于穩(wěn)定[4]。熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)熱交換下實(shí)現(xiàn)，在具體檢定工作中要控制標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器、被檢定傳感器在恒溫箱中深度值300mm 以上，偏離檢定點(diǎn)則控制在2℃以內(nèi)，每10 分鐘變化在0.04℃范圍內(nèi)。需要注意的是，為了提升檢定數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠，基于升溫、降溫過程進(jìn)行一定次數(shù)的復(fù)測(cè)，最大程度上減少系統(tǒng)誤差，減少溫度場(chǎng)波動(dòng)可能產(chǎn)生的不良影響[5]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中選擇windows 操作系統(tǒng)，在Vc++ 平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，此種方式集合了標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)和圖形化開發(fā)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，有助于提升系統(tǒng)性能運(yùn)行可靠性，并且通過靈活的界面設(shè)計(jì)，同數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)接口銜接，為后續(xù)的綜合校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件研制提供依據(jù)和支持。

自檢模塊是系統(tǒng)的一個(gè)主要模塊，主要是檢查系統(tǒng)內(nèi)部所有模塊運(yùn)作情況，反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障則會(huì)第一時(shí)間定位故障位置，協(xié)調(diào)控制個(gè)程序模塊，并為各個(gè)程序提供軟面板調(diào)用接口；溫度控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)恒溫槽介質(zhì)溫度有效控制，契合檢定標(biāo)準(zhǔn)要求；開關(guān)通道轉(zhuǎn)換模塊控制程序，基于數(shù)字萬(wàn)用表輪流測(cè)量溫度傳感器；數(shù)據(jù)采集模塊可以測(cè)量恒溫槽溫度計(jì)電阻值，確定標(biāo)準(zhǔn)溫度值；數(shù)據(jù)采集同步模塊，可以同步控制標(biāo)定系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和測(cè)量系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，可以實(shí)現(xiàn)被校準(zhǔn)儀器設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和分析；數(shù)據(jù)處理模塊，統(tǒng)計(jì)、處理和對(duì)比測(cè)量結(jié)果，反映被檢定結(jié)果精準(zhǔn)度。

4 解決的問題

4.1 硬件設(shè)計(jì)

基于GPIB 卡收集數(shù)據(jù)，接口可以選擇通用的IEEE-488 接口，在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量裝置應(yīng)用，電氣、機(jī)械多多方面呈現(xiàn)突出的兼容性特點(diǎn)。基于溫度控制器來控制繼電器，控制精度、穩(wěn)定性較為可觀，滿足系統(tǒng)靈活控制需要。

4.2 數(shù)據(jù)采集同步性

基于RS-232 通信功能，實(shí)現(xiàn)檢定系統(tǒng)、被檢定系統(tǒng)同步通訊，在發(fā)布采樣指令時(shí)立刻采樣，解決數(shù)據(jù)采集不同步問題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，溫度傳感器自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，應(yīng)注重硬件和軟件設(shè)計(jì)，優(yōu)化參數(shù)配置，減少檢定偏差和工作強(qiáng)度，切實(shí)提升檢定效率，對(duì)于溫度傳感器更大范圍應(yīng)用具有積極作用。