热电偶传感器检定数据的自动处理

陈 权 付茂岳 张 于 卢从俊

(北京东方计量测试研究所(航天514所)，北京 100086)

根据《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求，不同规格和准确度的热电偶具有不同的最大允许误差[1]，热电偶示值误差的计算公式很复杂，检定人员进行示值误差计算时，数据繁多、计算繁琐、判断麻烦且易出错。而市场现有的热电偶检定全自动设备价格又比较高，一般的二、三级计量站受限于资金和较少的业务量，购买全热电偶全自动检定设备的比较少。为此，笔者设计了具有数据传输、数据处理和判断功能的Excel应用程序，原始读数通过数字电位差计传输软件导入到编制好的Excel程序，通过程序自动计算检定数据并判断检定结果。每次检定时只需输入环境条件、被检热电偶的基本信息和检定温度点，无需手工计算，即可得出检定结论，通过数据传输与数据处理程序，就能够完成热电偶的日常检定工作。

1 热电偶示值误差计算①

热电偶的检定方法：300℃以下时在油恒温槽中用标准二等水银温度计以比较法测量；300℃以上时在管式炉里用标准偶以比较法进行。热电偶检定结果的计算公式[2]如下：

Δe=e被平均值+S被Δt检-e分

(1)

Δt=Δe/S被

(2)

式中e被平均值——被检热电偶在检定点附件附近温度下，测得的热电动势算术平均值；

e分——被检热电偶在分度表查得的某检定点温度的热电动势；

S被——被检热电偶在某检定点温度的微分热电动势；

Δe——被检热电偶在某检定点温度的热电动势误差；

Δt——被检热电偶在某检定点温度下的示值误差；

Δt检——检定点温度与实际温度之差。

Δt检的计算方法为：

300℃以下 Δt检=t检-t实

(3)

300℃以上 Δt检=(e标-e标平均值)/S标

(4)

式中e标——标准热电偶证书上某检定点温度的热电动势；

e标平均值——标准热电偶在检定点附件附近温度下测得的热电动势算术平均值；

S标——标准热电偶在某检定点温度的微分热电动势；

t检——检定点温度；

t实——实际温度，由二等标准水银温度计测得。

2 数据自动处理系统

数据自动处理系统采用Excel函数开发，具体流程如图1所示。

3 应用实例

设计如图2～5所示的热电偶检定记录、标准热电偶证书值表、热电偶各温度点微分热电动势表和热电偶各温度点热电动势表[3]。

图1 Excel数据自动处理系统流程

图2 热电偶检定记录

图3 标准热电偶证书值表

图4 热电偶各温度点热电动势表

图5 热电偶各温度点微分热电动势表

采用Excel函数进行数据处理需要注意：数据修约原则的实现，自动查表功能的实现和自动判断检定结果的实现[4]。

数据修约原则的实现可采用IF和TRUNC函数[5]，以热电偶检定记录工作表D3为例：D3=IF((C14*10000-TRUNC(C14,3)*10000)<5,TRUNC(C14,3),IF((C14*10000-TRUNC(C14,3)*10000)>5,TRUNC(C14,3)+0.001,TRUNC((TRUNC(C14,3)+0.001)/2,3)*2))，其中C14表示未修约前的结果，TRUNC(C14,3)表示截取C14小数点后第三位之前(包括第三位)的数值。该公式的目的是把C14未修约前的结果扩大一万倍，然后减去保留小数点后三位数数值的一万倍，得到的就是小数点后第四位数的一万倍。如果该数小于5，就输出截取C14小数点后第三位之前(包括第三位)的数值，即四舍；如果该数大于5，就输出截取C14小数点后第三位之前(包括第三位)的数值加上0.001，即五入；如果该数等于5，则进行奇进偶舍，即先截取C14小数点后第三位之前的数值并加上0.001，之后再除以2，再将所得之数截取小数点后第三位之前的数值后乘以2并输出。

自动查表功能的实现可采用VLOOKUP函数，以F3为例，其公式为：=VLOOKUP(C3,标准热电偶证书值表!A2:B15,2)。该式表示会在标准热电偶证书值表中A2:B15范围内，搜索到C3对应的检定点温度，并返回C3所在行中第二列的数值，即该检定点标准热电偶证书值。

自动判断检定结果的实现可采用IF和ABS函数，以Q3为例，其公式为：=IF(ABS(N3)<=O3,"一级",IF(ABS(N3)<=P3,"二级","不合格"))。该式表示如果示值误差N3的绝对值不大于一级允差O3，则输出“一级”；否则如果示值误差N3的绝对值不大于二级允差P3，则输出“二级”；否则输出“不合格”。

最后，为了防止误操作损坏数据公式，对“热电偶检定记录”工作表中的函数公式、“标准热电偶证书值表”，“热电偶各温度点微分热电动势表”工作表和“热电偶各温度点热电动势表”工作表进行锁定保护。

4 结束语

通过对检定记录Excel程序的编辑，数字电位差计与电脑连接，就可以快速高效地得到检定结论。在实际工作中，为了保证上述数据传输与数据处理程序检定结论的可靠性，分别运用传统手工方法和上述数据传输和Excel程序对多根热电偶进行检定，通过比对发现，运用笔者设计的程序得出的检定结论准确可靠，工作效率和准确率都有所提高。而且，在笔者给出的方法上进行细微修改，就可以制作出其他各种型号热电偶和热电阻的数据处理系统。