温度二次仪表校准系统的研究与实现

摘 要：本文首先概述了温度二次仪表校准技术的发展与现状，指出了温度二次仪表校准系统研究的必要性，介绍了把虚拟仪器与温度二次仪表检定相结合，构建了基于虚拟仪器的温度二次仪表校准系统的运行实践证明了该系统确实提高了测量精度、校准可靠性和工作效率，可供计量同行参考使用。

关键词：温度二次仪表；校准系统；研究；实现

1 概述

在温度测量过程中按具体测量单元所起的作用不同，可以把温度仪表分为一次仪表和二次仪表，诸如热电偶、热电阻等温度传感器属于一次仪表，它们在测温过程中直接与被测对象接触，并将温度表征为一定的信号量如热电势、电阻输出。而温度二次仪表则是根据温度一次仪表的输出信号量来对被测温度进行显示、控制等处理的后端仪表装置，它们相互协作共同实现温度测量等功能。温度二次仪表按具体功能和实现方式的不同，主要分为自动电位差计、自动平衡电桥、数字温度指示调节仪及动圈式温度仪表等。

温度二次仪表主要是根据温度传感器等输出的电量等信号值来对被测温度进行测量、显示或控制的温度仪表总称，其被广泛地应用于冶金、制造等行业，在国民生产中发挥着巨大的作用。温度二次仪表的各项性能指标好坏将会影响到测温或控制等的正常与否，并进而影响到产品质量，因此需要对温度二次仪表进行定期检定与校准。

2 温度二次仪表校准的现状

我国对温度二次仪表校准在九十年代中期以前主要是采用手工操作方式，具体方法是使用电子电位差计或者直流变阻箱作为信号源，模拟一次仪表给出的信号，通过手動调节电子电位差计或者直流变阻箱以增大输入信号，使温度二次仪表依次达到各被检定点，然后记录检定的原始数据，人工查找温度电量对应数据表，人工计算检定误差，人工判定检定结果，然后将相关数据填入检定报表中，如果想查找旧的检定记录，可能就需要从很多纸堆手工填写的报表中去查找，当报表越来越多时，有些历史记录或报表可能丢失，再也无法查看或进行相关处理了，给工作带来不利。采用这种方式校准时，存在着校准精度低、检定数据需要人工处理，校准记录难于管理等弊端，从而导致了工作效率极其较低、校准可靠性得不到保证，一般普通的校准者一天只能校准两到四块仪表。

随着我国对温度二次仪表校准工作的重视，有些公司开始研制半自动化温度校准系统，它们一般采用传统仪器的设计方法，尽管它们的校准精度及效率等较手工方式有很大的改善，但其对检定数据的分析处理等主要是靠硬件电路来实现的，致使其成本高、功能单一、系统功能可扩展性差，并且难于实现对大量校准记录数据的管理功能，使用不灵活，花费了很多资金和力气开发的系统往往只能用于某一型号或几种型号仪表的检定，并且一旦系统投入使用后，其功能就不能改变了。国外一些公司或厂家开发了基于虚拟仪器的温度校准系统，功能比较强大，系统扩展性也比较好，但它们的检定规程与我国的温度二次仪表检定规程不完全一致，同时价格昂贵。

3 温度二次仪表校准系统的研究与实现

温度二次仪表校准系统如图1所示，温度二次仪表校准系统主要由温度二次仪表、信号校准器、PC机和打印机组成，可以根据实际需要方便地对系统进行扩展。在整个校准系统，PC机处于核心地位，它控制整个系统的正常运转，PC机基于虚拟仪器的测试系统，它不仅要控制信号校准器和打印机正常工作，而且还要利用自身的系统资源进行数据处理、数据存储等工作。因此它的运行速度等性能指标将会影响到整个系统的性能。整个系统主要实现两大功能测试功能和测试数据管理功能。前者主要实现对温度二次仪表的自动检定，根据被检定仪表的型号及用户选定的检定点，系统通过串口控制信号源产生对应的激励信号去激励温度二次仪表，得到温度二次仪表的响应量，然后对得到的数据进行分析处理并得出结论同时根据用户的需要对测试的原始数据、结果数据及其他的一些测试信息进行归档保存，以便用户对这些数据进行后续的查询或打印等操作，以满足实际生产的需要。测试数据管理功能则是根据测试时存入数据库的测试信息来对需要用到的测试历史数据及结果数据进行查询、打印等操作，得到需要的报表，以便生产中的实际需要。

信号校准器是整个硬件组成中的一个关键部分，这是由它在系统中所起的作用所决定的。信号校准器的作用是产生温度二次仪表所需的各种激励信号，以代替实际一次仪表热电偶或热电阻等传感器的模拟输入，通常这些信号为电压或电阻，并且输入的应该是标准信号，其精度要求高。信号校准器应该带有总线接口，以便在计算机的控制下根据需要改变输入的激励信号大小或种类。

软件部分则主要负责硬件的驭动与控制、数据处理与保存及人机交互操作界面的生成。数据管理子系统则主要是基于数据库访问的软件应用子系统，通过底层的数据库引擎建立和管理与数据库的连接，并进行相应操作以实现各个子系统所要求的各项功能。

4 功能介绍

温度二次仪表校准系统主要实现以下功能：

1）自动检定电子电位差计、电子平衡电桥；

2）自动检定数字式温度仪表（配热电偶、热电阻）；

3）能检定所有各种分度号的仪表，这些分度号包括K、E、S、T、J、R、B、N、Pt100等；

4）能自动进行采集数据；

5）可对具有冷端自动补偿的仪表实现温度自动修正后检定；

6）自动进行误差计算，并能自动进行判定仪表示值误差合格与否；

7）自动存储数据并进行档案管理，可查阅打印任意天的检定记录。

5 结语

研制基于虚拟仪器技术的温度二次仪表校准系统，在校准过程中自动地调节输入电量，使温度二次仪表依次到达各被检测点，并且自动完成对测试原始数据的存储，通过计算机的软件资源对测试的数据进行相关运算和处理，自动完成对温度二次仪表的误差判定，自动存储测试检定报表。可以方便地随时查询测试历史数据，并打印检定报表。将虚拟仪器技术应用于自动测试系统中，减少了硬件的数量，充分利用了计算机的数据储存、运算及处理的能力，提高了系统的可扩展性，降低了成本，提高了校准效率和校准可靠性，给生产带来极大的便利。

参考文献

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作者简介：

张征鸿，男，1989年4月出生，现工作于江阴市计量测试检定所，主要从事温度二次仪表、工业热电偶、辐射温度计等工作的检定、校准。