基于C#的电子分度表系统的开发

许 渊，孙 恒，简远中



基于C#的电子分度表系统的开发

许 渊，孙 恒，简远中

（中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司，贵州 贵阳 550009）

应用C#语言，开发了覆盖工业热电阻、工业热电偶、标准铂电阻的电子分度表系统，实现了温度与电阻或电势的双向快速查询，降低了人工劳动强度，提高了温度计量工作效率。

热电偶；热电阻；分度表；标准铂电阻

随着AS9100体系的推进及公司各分厂试验器设备的增多，定期检定大量温度二次仪表成为必然。作为企业的计量技术部门，通常使用的标准仪器为直流低电势电位差计和直流电阻箱等，要完成检定，必须借助分度表完成电势或电阻值与温度的转换。传统分度表手册为纸质印刷，在使用中存在着查询不便、计算麻烦、效率低下等不足，开发基于计算机的电子分度表系统就显得十分必要。目前同类企业应用的电子分度表软件功能单一，仅实现了单一温度点与电势或电阻值的相互转换，并没有考虑用户使用中的效率问题。部分软件中电势值与温度的相互换算中参考端温度必须为0 ℃，对于参考端温度非0 ℃的情况则无能为力，灵活性和实用性大大降低，因此必须研究适合企业自身的电子分度表系统。

1 系统设计

电子分度表系统主要涉及3个方向，分别是工业热电阻、工业热电偶和标准铂电阻温度计，其中工业热电阻包括Pt100、Cu100热电阻，工业热电偶包括8种国际标准化热电偶（S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型、T型）。电子分度表系统分为4大模块：工业分度表计算、工业分度曲线图、工业分度表手册和标准铂电阻分度表，系统框架如图1所示。

1.1 工业分度表计算模块

工业分度表计算模块实现工业热电阻电阻值与温度的相互换算、工业热电偶电势值与温度的相互换算功能。对于指定分度号的工业热电偶和工业热电阻，通过给定温度能够准确计算出对应的电势/电阻值，通过给定电势/电阻值也能够准确计算出相应的温度值。当指定分度号的工业热电偶参考端温度不为0 ℃时，系统也能够根据设置的参考端温度，利用热电偶中间温度定律来完成工业热电偶参考端处于设定温度下温度与电势值的准确换算，弥补了传统分度表手册对于非整点温度值无法直接查询只能大致估算、对于热电偶类型参考端温度不为0 ℃时计算烦琐的不足。为了提高使用效率，系统还应提供多点计算功能，设置好温度上下限和点数，系统自动计算出从下限温度至上限温度一系列分布均匀的温度点对应的电势/电阻值，该功能在二次仪表实际检定中比较实用，也是通用分度表软件所没有的功能，本模块界面如图2所示。

图1 系统框架图

图2 计算界面

1.2 工业分度表手册模块

工业分度表手册模块包括工业热电阻分度表和工业热电偶分度表，共有13 279个温度点。它模拟传统的分度表手册，各分度号的工业热电偶或热电阻整10温度从小到大按行排列，右侧对应各行整10温度的个位从0～9按列排序，相应的电势/电阻值显示在右下区域，与对应的温度按行列索引后一一对应。数据排列整齐、展示清晰直观，等效于使用传统的分度表手册。对于工业热电阻，以Ω为单位，电阻值按0.01间隔修约；对于工业热电偶，参考端温度为0 ℃，以μV为单位，电势值按1间隔修约。本模块摆脱了对传统分度表手册的依赖，可永久存储，无需担心纸张破损等情况。

1.3 工业分度曲线图模块

工业分度曲线图模块用于绘制工业热电阻的电阻温度关系曲线和工业热电偶的电势温度关系曲线，对于工业热电阻或工业热电偶，可以灵活选择绘制一条曲线或多条曲线，各条曲线间用不同的颜色加以区分，绘制后的曲线还可以保存成图片文件。通过分度曲线可以直观了解各热电阻/热电偶的测温温区、灵敏度以及线性度，可作为工业生产中温度传感器选型的参考。

1.4 标准铂电阻分度表模块

标准铂电阻分度表模块可实现标准铂电阻温度计常用正温区0～419.527 ℃分度表的计算功能。通过输入上级检定证书中提供的Rtp、a8、b8参数，即可算出该支标准铂电阻温度计在正温区任意温度点的电阻值、电阻比值和电阻比值对温度的变化率，有利于计量检定人员对工业热电阻检定过程误差计算中的数据来源和处理流程做深入的理解。

2 软件开发

C#是微软推出的面向对象的编程语言，它有着强大的集成类库和与平台无关的编译机制，常用来开发应用软件系统。电子分度表系统以VS2010为开发平台，结合C#语言进行开发，采用模块化、功能化的设计方案，在Windows XP和Windows7及以上系统均可使用。系统开发采用面向对象编程的思想，利用了类的继承及多态特性实现了系统的可扩展性，所有工业热电阻基类Thermometer Resistance和工业热电偶基类Thermocouples都继承了共同的基类Thermometer，在基类Thermometer中定义了通用的最低温度、最高温度、修约位数等属性和根据电势/电阻值计算温度、根据温度计算电势/电阻值两大方法。在工业热电阻基类和工业热电偶基类中除共同继承了上述两大方法外，还针对各自特性增加了不同的方法便于子类继承后重写。所有指定具体分度号的工业热电阻和工业热电偶则相应分别继承于上述两大基类，便于通过上层父类实现统一调用。当后期还需增加其他分度号的工业热电阻或工业热电偶时，只需对应继承工业热电阻基类或工业热电偶基类，即可灵活扩展。

2.1 工业热电阻

对于Pt100、Cu100工业热电阻，根据温度计算电阻值的公式分别为：

t=[1++2+（－100）3]0 .

t=[1++（－100）+（－100）2]0 .

相关系数可参考JJG 229—2010检定规程[1]，对上述公式求解即可得到指定电阻值对应的温度，因涉及高次方程，直接求解比较困难，可采用牛顿迭代法来完成，代码如图3所示。

图3 采用牛顿迭代法求解的代码

2.2 工业热电偶

对于K型工业热电偶，根据温度计算电势值的公式如表1所示。

表1 工业K型热电偶电势值计算公式

其余7种工业热电偶，根据温度计算电势值的公式为：

8种工业热电偶，根据电势值计算温度的公式统一为：

相关的温度范围及对应系数可参考GBT 16839.1—1997附录[2]。

2.3 标准铂电阻温度计

在0～419.527 ℃分温区内，标准铂电阻的电阻比值为：

对上式求导，可以求得电阻比值对温度的变化率为：

相关系数可参考JJG 160—2007检定规程[3]，因公式求解比较复杂，可利用计算机采用逐次逼近法完成求解。标准铂电阻相关计算代码如图4所示。

图4 标准铂电阻相关计算代码

2.4 分度表手册和分度表曲线

分度表手册和分度表曲线均采用GDI+原理在PictureBox控件上进行绘制，通过Graphics对象的DrawLine方法完成直线绘制，通过DrawString方法完成文字绘制，分度曲线的绘制则是先等间隔分段再利用DrawLine方法绘制。

3 结束语

本文研究的电子分度表系统实现了分度表的电子化、快速准确查询，为计量检定工作带来了极大的便利，降低了检定人员的工作强度，有效避免了查询中的人为失误，提高了检定工作效率。经过与ITS90国际温标分度表及部门二等标准铂电阻温度计检定证书中给出的分度表比对，结果一致，证明了该系统的可靠性。本系统具有良好的扩展性，可根据需要增加其他分度号的工业热电阻或工业热电偶，在后期还可以根据需要增加标准铂电阻温度计负温区分度表功能。本系统的开发为计量人员掌握分度表相关知识提供了很大的帮助，同时可为仪表设计人员提供工作参考。

［1］朱家良，姚丽芳.JJG 229—2010工业铂、铜热电阻检定规程［S］.北京：中国质检出版社，2010.

［2］范铠，张继培.GBT 16839.1—1997 热电偶第1部分：分度表［S］.北京：中国标准出版社，1997.

［3］王玉兰，武荷莲，邱萍，等.JJG 160—2007标准铂电阻温度计检定规程［S］.北京：中国计量出版社，2007.

TH811

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.122

2095－6835（2018）22－0122－02

〔编辑：严丽琴〕