热电偶自动检定系统若干问题的探讨

张雪峰

（上海市计量测试技术研究院,上海 201203）

1 引言

为了检定热电偶，相应的检定装置被研制出来，随着计算机的普及和数字式仪表的发展，热电偶的自动检定系统有了很大的发展，本文对其中的一些具体细节进行了探讨。

2 自动检定系统的组成和原理

2.1 系统的组成

传统的热电偶自动检定系统主要由热电偶检定炉、控温仪表、转换开关、数字多用表和计算机及相应的配套软件组成。

2.2 系统的原理

对热电偶的检定采用的是比较测温法，其工作过程大致由两部分构成，即控温过程、数据采集及处理过程。将被检热电偶和标准器捆扎好后放入热电偶检定炉中，然后进行升温保温，达到测量要求后，数字多用表通过转换开关读取标准热电偶和被检热电偶的热电势值，通过计算机计算误差值完成检定。

3 检定过程中若干问题的改进和探讨

3.1 三段控温提高检定炉温场

检定炉温场极大地影响着热电偶检定的准确性，以K型热电偶为例，根据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求，检定炉在1000℃时中心轴向需要分别有60mm温差不超过1℃，径向不超过1℃的温场，由于工业用热电偶直径粗，焊点大，热电偶的捆扎对检定结果会有不小的影响。

为了克服单点控温给温场带来的局限性，三段控温的热电偶检定炉被研制出来，通过调试，其温场可以达到200mm内0.5℃的温差，可以大大提高检定的精度，减小测量的不确定度。

3.2 控温系统和测温系统的整合

在传统的热电偶检定系统中，控温系统和测温系统是分开的。由控温表和控温热电偶控制炉温，升温到检定温度点附近后，再读取标准热电偶的温度（即炉内标准被检的实际温度）进行控温稳定度的判定，达到测量要求后开始进行测量。在实际检测中就会发现，当控温仪表达到检测温度时，炉内的实际温度通常还会有几十摄氏度的差距，升温和温度的稳定可能还要需要半小时左右的时间，这就造成检测时间长。这是由于控温仪表的PID参数是对控温热电偶而言，标准热电偶由于和被检捆扎在一起，由于热传递慢导致了滞后性，所以可以将标准热电偶作为控温热电偶，对PID参数进行重新调节整定，可以较少升温和恒温的时间，提高检测效率。

3.3 多路数据采集代替传统的转换开关加数表

在传统的检定系统中，由数字多用表控制转换开关运转，读取标准和被检的数据，采用标准—被检1—被检2—…—被检N—被检N—…—被检2—被检1的顺序读取数据2次，在一定程度上消除了读取过程中温度变化产生的影响，但还是存在一定的误差。由于转换开关的特性，一次转换和读取数据的时间在2秒左右，当被检数量较多时，读取的时间就比较长。

用多路数据采集卡（如堆栈式数字测温仪）同时读取标准和被检的数据就可以极大地消除上述误差影响，也节约了测量的时间。

3.4 参考端温度的处理

热电偶的热电势与测量端温度和参考端温度有关，参考端温度的准确性也极大影响热电偶检定的准确性。在检定规程中需要将热电偶的参考端放在冰点，在实际操作中，工业热电偶很难操作，通常是将被测热电偶的参考端放置在一个恒温箱中，测量恒温箱的温度进行温度补偿。但是恒温箱中，温度的不均匀性也会给测量带来不小的误差，通常在0.5℃以下，相比Ⅰ级K型热电偶在400℃的允许误差±1.6℃来说已经算不小。

用热电偶补偿导线会是一个更好的选择，热电偶补偿导线稳定性较好，进行计量后得到相应温度点的误差值，只需对测量结果进行相应的修正即可。

4 结语

工作用廉金属热电偶检定规程由于年代较为久远，测量方法和设备要求已经落后于时代的发展。对上述问题的一些探讨，可以有效地提高测量精度，提高测量效率，其中的一些方法已经在实际工作中使用，得到了验证。

[1]JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程[S].

[2]JJF1098-2003热电偶、热电阻自动测量系统校准规范[S].

[3]国家技术监督局计量司 1990国际温标宣贯手册[S].

[4]仝卫国.基于虚拟仪器的热电偶自动计量检定系统[M].微计算机信息,2004.

[5]凌子松.热电偶热电阻温度自动检定系统[D].吉林大学,2005.

[6]黄艳岩.LabVIEW平台下工业热电偶自动检定系统[D].中国计量科学研究院,2004.

[7]付志勇.温度综合自动检定校测系统[M].中国测试技术,2005.