VST．R-901標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)若干問題的探討

熊澤生　熊敬東　王登秀
　　［摘要］　概述了VST．R-901標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的組成和工作原理；通過對(duì)這套自動(dòng)檢定系統(tǒng)進(jìn)行分項(xiàng)綜合測(cè)試，充分肯定了其性能特點(diǎn)和推廣應(yīng)用價(jià)值；為了方便地開展熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)傳遞二等標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量檢定工作，對(duì)這套自動(dòng)檢定系統(tǒng)的改進(jìn)，從系統(tǒng)控溫參量的調(diào)整、溫場(chǎng)測(cè)試方法、數(shù)據(jù)和表格處理及檢定爐保護(hù)等方面，提出了一些建議。
　　［關(guān)鍵詞］　預(yù)測(cè)控制；自動(dòng)檢定系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)熱電偶
　　［中圖分類號(hào)］　TK31　［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］　A　［文章編號(hào)］　1006-3986（1999）01-0037-03

　　VST．R-901二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)是上海電力學(xué)院、山西省電力試驗(yàn)研究所和浙江洞頭自動(dòng)化儀表廠合作研制生產(chǎn)的熱電偶自動(dòng)檢定裝置。它專為鉑銠10-鉑(S型)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的自動(dòng)檢定而設(shè)計(jì)，這套裝置按《中華人民共和國計(jì)量器具檢定規(guī)程—標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶(JJG75-95）》的要求進(jìn)行開發(fā)研制，目前已經(jīng)開始推廣應(yīng)用在電力系統(tǒng)的一些試驗(yàn)研究院(所)中，作為熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)裝置并對(duì)二等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量值傳遞。
1　裝置的組成和工作原理
　　VST．R-901二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的組成如附圖所示。



附圖　VST．R-901標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的組成框圖
　　S型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶捆扎后裝在管式檢定爐中，熱電偶冷端與銅導(dǎo)線相接，其接點(diǎn)置于冰點(diǎn)器中以保持熱電偶冷端為0℃。與熱電偶相接的銅導(dǎo)線接至掃描開關(guān)，該開關(guān)可接收微機(jī)指令，按雙極法和同名極法的檢定要求切換，使數(shù)字電壓表的測(cè)量端與相應(yīng)的測(cè)量回路接通。數(shù)字電壓表按微機(jī)指令進(jìn)行電勢(shì)測(cè)量并把測(cè)得的電勢(shì)值送回微機(jī)。微機(jī)根據(jù)檢定工作的要求，控制掃描開關(guān)的工作和數(shù)字電壓表的采樣，根據(jù)測(cè)得的熱電勢(shì)換算出當(dāng)前的爐內(nèi)溫度，并按照檢定爐爐溫的控制要求發(fā)指令給測(cè)控儀，測(cè)控儀再通過控溫伺服器改變檢定爐的加熱功率，實(shí)現(xiàn)檢定爐爐溫的自動(dòng)控制。當(dāng)檢定爐的爐溫達(dá)到檢定點(diǎn)的設(shè)定溫度時(shí)，微機(jī)則控制掃描開關(guān)巡回切向標(biāo)偶和各被檢偶，每切換好一路，就令數(shù)字電壓表測(cè)量該回路的電勢(shì)值并把所測(cè)數(shù)據(jù)傳回微機(jī)存儲(chǔ)待用。當(dāng)獲得所有數(shù)據(jù)后，微機(jī)則可以按檢定規(guī)程的要求做檢定計(jì)算，然后整理檢定結(jié)果并記錄在檢定證書，測(cè)量記錄和數(shù)據(jù)綜合等表格中。
2　對(duì)裝置的綜合考評(píng)
　　湖北省電力試驗(yàn)研究所熱工室于1998年5月份對(duì)VST．R-901二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分項(xiàng)綜合測(cè)試，具體結(jié)果如下：
　　（1）　爐溫控制［1］
　　爐溫偏離檢定點(diǎn)(鋅點(diǎn)、銻點(diǎn)和銅點(diǎn))溫度可控制在±5℃范圍內(nèi)；爐溫變化率可控制在0．1℃／min范圍內(nèi)；
　　在檢定點(diǎn)的測(cè)量過程中，爐溫變化可控制在5℃以內(nèi)。
　　（2）　數(shù)字電壓表
　　按檢定規(guī)程［1］的要求，檢定一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時(shí)，需配備測(cè)量準(zhǔn)確度不低于1×10－4，分辯率不低于0．1　μV的電測(cè)設(shè)備；檢定二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時(shí)，需配備測(cè)量準(zhǔn)確度不低于2×10－4，分辨率不低于1　μV的電測(cè)設(shè)備。這套裝置配備了高精度的數(shù)字電壓表，其準(zhǔn)確度和分辨率甚至高于檢定一等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所需配備的電測(cè)設(shè)備。
　　（3）　掃描開關(guān)寄生電勢(shì)的測(cè)試
　　將WD-10Ⅲ低熱電勢(shì)掃描開關(guān)的10路輸入全部短路，用高精度數(shù)字電壓表測(cè)試每一路對(duì)應(yīng)輸出，共做了三組測(cè)試。最終結(jié)果是各路輸出最大值均不超過0．2　μV，其指標(biāo)優(yōu)于規(guī)程中規(guī)定的熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)的寄生電勢(shì)不大于0．4μV的要求［1］。
　　總之，這套裝置從綜合性能上來講，完全滿足甚至優(yōu)于檢定規(guī)程的要求；從控制理論上來講，采用了連續(xù)時(shí)域的廣義預(yù)測(cè)控制(CGPC)，對(duì)檢定爐爐溫的控制，能達(dá)到全速升溫而超調(diào)小，恒溫迅速而持久等效果，與傳統(tǒng)的PID控溫方式相比，無疑會(huì)節(jié)省大量時(shí)間；從操作方式上來講，由于整個(gè)檢定過程無需人工干預(yù)，甚至包括對(duì)檢定后的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理均可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，與手工檢定相比，極大地降低了檢定人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，保證了檢定精度和數(shù)據(jù)處理的正確性。用這套裝置取代傳統(tǒng)的手工檢定裝置是可行的且行之有效的。

3　對(duì)裝置幾個(gè)問題的探討和改進(jìn)建議
3．1　關(guān)于系統(tǒng)控溫參量的調(diào)整
　　從控溫策略上來講，這套系統(tǒng)沒有采用傳統(tǒng)的PID控制，而改進(jìn)為廣義預(yù)測(cè)控制。按檢定規(guī)程要求［1］，用同名極法進(jìn)行檢定時(shí)在各檢定點(diǎn)的溫度值不能超過定點(diǎn)值的±5℃，且在具體分度的測(cè)溫過程中要求爐溫變化不大于5℃，用雙極法進(jìn)行檢定時(shí)在各檢定點(diǎn)的溫度值不能超過定點(diǎn)值的±5℃，且溫變率不能超過0．1℃／min。對(duì)于熱電偶檢定爐這樣的被控對(duì)象，由于有較大的遲延和非線性，要達(dá)到如此嚴(yán)格的溫控指標(biāo)，用預(yù)測(cè)控制比用傳統(tǒng)的PID控制具有更大的優(yōu)越性。
　　用預(yù)測(cè)控制來完成爐溫精確控制的關(guān)鍵就是對(duì)預(yù)測(cè)模型的認(rèn)識(shí)是否很合理和完善［2］。對(duì)于不同型號(hào)的檢定爐，其動(dòng)態(tài)特性不一樣；即便是同型號(hào)的檢定爐，對(duì)于不同的個(gè)體，其動(dòng)態(tài)特性也不盡相同。因此用戶在對(duì)此裝置進(jìn)行具體測(cè)試時(shí)，應(yīng)該配合生產(chǎn)廠家反復(fù)調(diào)整過程模型及相應(yīng)的預(yù)控參數(shù)，在試驗(yàn)過程中不斷摸索具體被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直至達(dá)到理想的控溫效果。
3．2　溫場(chǎng)測(cè)試方法的改進(jìn)
　　按檢定規(guī)程［1］，要求檢定爐爐內(nèi)最高溫度點(diǎn)偏離爐中心不得超過20　mm，且在爐溫最高點(diǎn)±20　mm內(nèi)，溫度梯度≤0．4℃／cm。為此，在這套系統(tǒng)配套的軟件中設(shè)計(jì)了溫場(chǎng)測(cè)試這一項(xiàng)。根據(jù)我們考核測(cè)試的結(jié)果，有兩點(diǎn)可加以改進(jìn)。
　　溫場(chǎng)測(cè)試以爐體幾何中心為起始點(diǎn)，然后逐點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。具體操作過程是，首先固定一只標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，監(jiān)控中心點(diǎn)溫度；再以一只標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作為溫場(chǎng)測(cè)試工具，從起始點(diǎn)開始，往內(nèi)伸展，每隔5　mm測(cè)試一點(diǎn)溫度，達(dá)到一定深度后，又往回重復(fù)測(cè)量起始點(diǎn)以內(nèi)各點(diǎn)溫度，直至起始點(diǎn)；然后繼續(xù)往外拉伸測(cè)溫?zé)犭娕迹扛?　mm測(cè)試一點(diǎn)溫度，順序逐點(diǎn)測(cè)試，拉到一定距離后，又往內(nèi)推進(jìn)，重復(fù)測(cè)量起始點(diǎn)以外各點(diǎn)溫度，最終到達(dá)起始點(diǎn)為止。當(dāng)然，整個(gè)循環(huán)過程，也可以先測(cè)起始點(diǎn)以外位置的溫度，與以上相反的方向來進(jìn)行。通過循環(huán)測(cè)試，在同一位置對(duì)應(yīng)有兩次測(cè)試結(jié)果，取其平均值作為此點(diǎn)的溫度值。目前這套裝置對(duì)于溫場(chǎng)測(cè)試的做法是，以中心點(diǎn)為起始點(diǎn)，只測(cè)試往內(nèi)伸展和往外拉伸單向過程中間隔5　mm的各點(diǎn)處溫度值，從測(cè)試方法的角度上來講，應(yīng)改進(jìn)為循環(huán)測(cè)試方式，通過改進(jìn)測(cè)量方法，可以減小測(cè)量誤差。
　　另有一點(diǎn)可以加以改進(jìn)：在溫場(chǎng)具體測(cè)試中，計(jì)算機(jī)循環(huán)監(jiān)視兩路標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的讀數(shù)值，考慮到溫場(chǎng)微小波動(dòng)性原因，對(duì)應(yīng)各位置的每次測(cè)試結(jié)果，最好能讀取偶數(shù)次讀數(shù)值，然后對(duì)其取平均，最后將其平均值作為此點(diǎn)溫度值的一次測(cè)試結(jié)果。就此計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，進(jìn)行這種測(cè)量方法的改進(jìn)，從軟件上講難度不大(具體的硬件連接不用改動(dòng))。
3．3　關(guān)于數(shù)據(jù)處理和表格制作等方面的改進(jìn)建議
　　從檢定實(shí)用性來講，目前這套裝置完全可以替代傳統(tǒng)的檢定設(shè)備。為了進(jìn)一步完善這套裝置，更方便地開展此項(xiàng)檢定工作，我們結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)提出以下改進(jìn)意見。
　　首先，按照檢定規(guī)程的要求［1］，需要考核二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的穩(wěn)定性，具體由銅點(diǎn)的熱電勢(shì)變化來決定。為此需要知道被檢標(biāo)準(zhǔn)熱電偶上次的檢定結(jié)果，所以建議在二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定記錄表中附上被檢標(biāo)準(zhǔn)熱電偶前次的檢定結(jié)果；另外，在二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定記錄表中，“誤差”項(xiàng)應(yīng)該改為“差值”項(xiàng)，否則對(duì)應(yīng)概念不合理。
　　此外，在數(shù)據(jù)綜合表的穩(wěn)定性一項(xiàng)中最好能注明熱電勢(shì)改變的計(jì)算公式，這樣可以明確被檢熱電偶對(duì)應(yīng)各檢定點(diǎn)熱電勢(shì)的變化趨勢(shì)。
　　按照新規(guī)程［1］(JJG75-95），只能出具被檢標(biāo)準(zhǔn)熱電偶300～1　100℃范圍以內(nèi)整百度溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)，因此在檢定證書中對(duì)應(yīng)的檢定結(jié)果欄內(nèi)，應(yīng)去掉1　200℃和1　300℃兩點(diǎn)及其相應(yīng)熱電勢(shì)值。
　　另外，在二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶檢定數(shù)據(jù)綜合表中，判斷熱電偶的穩(wěn)定性、分度規(guī)范性和檢定重復(fù)性三項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，其數(shù)據(jù)均修約到了0．01　μV。按規(guī)程要求［1］，只需修約到1　μV，否則，一旦檢定出來的數(shù)據(jù)處于判斷值邊緣范圍時(shí)，用修約到0．01　μV的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，可能引起誤判。
　　從保護(hù)檢定爐的角度出發(fā)，啟動(dòng)檢定程序時(shí)，開始應(yīng)該用小電流輸出，加熱一段時(shí)間等爐體達(dá)到一定溫度以后，再轉(zhuǎn)至自動(dòng)控溫輸出。目前，這套自動(dòng)檢定裝置，啟動(dòng)檢定程序時(shí)一開始就進(jìn)入自動(dòng)控溫狀態(tài)，因此，我們建議原程序?qū)Υ俗饕恍└倪M(jìn)。
作者單位：湖北省電力試驗(yàn)研究所，　湖北　武漢　430077
參考文獻(xiàn)
　[1]鄭芳．標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10—鉑熱電偶檢定規(guī)程(JJG75-95）．北京：中國計(jì)量出版社，1995．8頁
　[2]席裕庚等．一類工業(yè)過程預(yù)測(cè)控制的閉環(huán)分析．自動(dòng)化學(xué)報(bào)，1995（1）∶1～8

希望大家積極參與討論

[ 本帖最后由 張劍川 于 2007-8-15 11:10 編輯 ]

有含熱電阻檢定一體化的嗎？
價(jià)格？

您需要一等或二等標(biāo)準(zhǔn)？

您有電話嗎？我可以請(qǐng)教您關(guān)于熱電偶檢定方面的問題嗎？我的E-mail：xqhu@163.com

能不能介紹一下二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶哪里的好？

二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶現(xiàn)在還是云南的比較好。

WD-10Ⅲ低熱電勢(shì)掃描開關(guān)
能否用繼電器來代替？

其實(shí)很多掃描開關(guān)用的就是繼電器（只要接觸電勢(shì)夠小就可以），也有用步進(jìn)電機(jī)的。總體來說只要滿足指標(biāo)就可以。