标准热电偶自动检定系统的设计

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1、张盼盼等：标准热电偶自动捡定系统的设计标准热电偶自动检定系统的设计DesignofAutomaticVerificationSystemforStandardThermocouple张盼盼杜中(绵阳市计量测试所，四川绵阳621000)摘要：本文介绍一种标准热电偶自动检定系统的整体结构、核心的PID温控、参考端补偿与多通道电动势自动测量等算法、硬件和软件设计。该系统符合检定规程的要求，准确度高，可靠性强，操作简便高效。关键词：热电偶；自动检定；PID温控；参考端补偿；电动势自动测量l标准热电偶自动检定系统分析与设计标准热电偶自动检定系统由以下几部分组成：标准

2、热电偶被检热电偶l计算机PID自动多通道电温控管式动势自动炉(油恒测量仪温槽)被检热电偶2打印机被检热电偶n图2PID自动温控系统组成l垒I密恒流源H1．1．1PID算式加特殊处理图1标准热电偶自动检定系统组成图采用增量型PI控制算式，计算机的输出是增量△“1．1PID自动温控系统()：PID自动温控管式炉(油恒温槽)主要利用PID算式Au(k)=KP[e()一e(后一1)]+^，『e()+KlD[(k)提供温度控制，为被检电偶提供精确的检定点温度。根一2e(一1)+e(一2)](1)据国家计量检定规程JJG351—1996，300~C以下点灯检式中：Kp

3、-LL~d系数；：一积分系数；=定，在油恒温槽中，与2等标准水银温度计进行比较。而，300℃以上的各点在管式炉中与标准铂铑1O一铂热电偶一积分系数。10进行比较。为此我们可以利用高精度的自动温控加热系8()=，(k)一(k)统来实现管式炉和油恒温槽的功能，使其能精确提供100、200、300、400、500、600、700、800、1000、1200等检定点其中()为第个采样周期的给定温度值；(k)温度。至于标准热电偶和标准温度计可根据被检电偶等为第个采样周期的实测温度值。采用扩充临界比例度法对系统参数、、和级采用与对应等级的标准铂电阻温度计精度相符的高精

4、度铂电阻传感器。进行整定，可获得较满意的控制效果。PID自动温控系统的组成如图2所示。控制算法采该温度控制系统方框图如图3所示。根据被控对象的特点，在PID算式的基础上附加以用增量型PID算式与Smith预估补偿来进行计算机程序控制。系统采用的控制输出方式是根据管式炉(油恒温下的特殊处理：槽)内的空气温度与当前设定温度的差值利用算法来实①l实测温度值一给定温度值l>5cC时，采用开关现PWM输出以控制加热电阻丝通断的组数和通断的时量控制。间。例如，设加热电阻丝数有3组，取单位时间为60秒，②I实测温度值一给定温度值I≤5cc时：在保温阶若PI控制算式值为1

5、．2，则PWM方式表现为只控制两段，，()不变，采用增量型PI控制算式；在升温阶段采组电阻丝即可满足：其中一组加热一个单位时间即60用增量型PID控制算式。秒，另一组加0．2个单位时间即l2秒。③为了减小温度迟延的影响，在给定温度折线处作《计量s痢i4"技术》2o13年第40卷第11期特殊处理，即由升温段转至保温段时提前断开电阻丝，保输入输出接口，包括多路开关、信号预处理、A＼D接口、温段转至升温段时提前接通电阻丝，保温段转至降温段开关量输出接口等，直接插入到IBM—PCXT／AT总线兼时提前断开电阻丝。其目的是使温度转折时平滑过渡。容机内的任一总线扩展槽

6、，构成模拟量电压采集、数字信④对△u()和电阻丝通断组数进行限幅。号作为开关量输出的闭环反馈系统。1．2参考端自动补偿设计精密恒流源用于为高精度铂电阻传感器和精密电阻供电，然后利用多通道电动势自动测量仪测量高精度铂电阻传感器端电压来计算精度铂电阻传感器的电阻值，从而求出当前检定点时标准电偶和被检电偶的参考端温度。因为根据国家计量检定规程JJG351—1996，热电偶图3温度控制系统方框图的参考端应插人装有变压器油或酒精的玻璃管或塑料管1．1．2Smith补偿控制算式中，再分散插入冰点恒温器内，插入深度不应小于考虑到系统的滞后，本设计采用了广泛应用的Smit

7、h150mm。因为热电偶因温度变化产生的热电动势，是测预估补偿方法对其动态特性进行补偿，使调节器提前动量端温度与参考端温度的函数差，而不是温度差的函数。作，从而明显地减小超调量和加速调解过程。如果参考端温度保持恒定，热电动势就成为测量端温度Smith补偿控制系统方框图如图4所示。的单值函数。分度表就是以热电偶参考端为O℃作为使用条件的。所以在使用时必须保证这个条件，否则就不能直接使用分度表。但冰点恒温器需要较多的辅助设illl备，使用很不方便。为了改善检定的效率和流程，本系统采用了参考端自动补偿法。因为两种不同金属A、B构『‘’。。。。。’’。’。。‘。’

8、。’。—【成的闭合回路即形成热电偶，如图5所示，根据热电偶测温原理