廖 艷，陳桂生，趙 晶，付志勇，朱育紅

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

1590超級(jí)電阻測(cè)溫儀（以下簡(jiǎn)稱1590）是美國(guó)福祿克公司生產(chǎn)的具有1×10-6最高測(cè)量準(zhǔn)確度，2s測(cè)量速度的測(cè)溫儀，主要用于高準(zhǔn)確度的溫度測(cè)量。

然而該儀器在應(yīng)用中還存在一些不足：（1）1590在測(cè)量過(guò)程中需要通過(guò)操作面板上的按鈕來(lái)設(shè)置參數(shù)，其測(cè)量數(shù)據(jù)需要操作員手動(dòng)記錄，工作效率較低；（2）1590采用的軟盤存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)被淘汰，使之不能與當(dāng)前的計(jì)算機(jī)兼容，因此無(wú)法保存歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，不利于數(shù)據(jù)的保存和研究分析；（3）1590的圖形界面只能顯示一個(gè)通道的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線，并且沒(méi)有溫度/電阻和時(shí)間坐標(biāo)顯示，只能觀察到曲線的變化趨勢(shì)，無(wú)法同時(shí)觀察多個(gè)通道的數(shù)據(jù)曲線。

針對(duì)這些不足，該文研究開(kāi)發(fā)了基于1590的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)將1590通過(guò)RS-232接口直接連接到PC機(jī)（上位機(jī)）上，開(kāi)發(fā)控制和數(shù)據(jù)處理分析軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。該軟件能夠同時(shí)顯示多個(gè)通道的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，圖形化觀察恒溫槽內(nèi)各點(diǎn)的溫場(chǎng)分布情況，實(shí)時(shí)分析測(cè)量數(shù)據(jù)及自動(dòng)保存測(cè)量數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。該系統(tǒng)適用于高精密鉑電阻溫度計(jì)的校準(zhǔn)，固定點(diǎn)容器溫坪的監(jiān)控和分析，高精密恒溫槽、干井爐、定點(diǎn)爐的溫度場(chǎng)分布的測(cè)量和分析評(píng)估等高準(zhǔn)確度的溫度測(cè)試校準(zhǔn)工作。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、1590超級(jí)測(cè)溫儀、2590掃描開(kāi)關(guān)、鉑電阻溫度計(jì)、設(shè)備控制軟件和數(shù)據(jù)采集處理軟件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作流程是：上位機(jī)首先進(jìn)行串口通信配置，然后設(shè)置1590測(cè)量參數(shù)；測(cè)量過(guò)程中1590測(cè)溫儀與上位機(jī)通過(guò)RS-232串口進(jìn)行通信，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制命令，并對(duì)從下位機(jī)接收到的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件功能結(jié)構(gòu)

軟件主要功能包括串口通信配置、電阻測(cè)溫儀參數(shù)設(shè)置、測(cè)試任務(wù)管理和數(shù)據(jù)查詢分析，軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 基本設(shè)置模塊

基本設(shè)置模塊包括串口通信配置和1590參數(shù)設(shè)置。串口通信配置主要完成RS-232串口通信協(xié)議的配置，包括端口設(shè)置、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位及握手協(xié)議設(shè)置[1]。1590參數(shù)設(shè)置模塊主要負(fù)責(zé)通道設(shè)置、采樣設(shè)置、存儲(chǔ)設(shè)置、傳感器設(shè)置、顯示設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置的管理。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 測(cè)試任務(wù)管理模塊

該管理模塊可實(shí)現(xiàn)固定點(diǎn)容器溫坪監(jiān)控和分析，高精密鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)處理，定點(diǎn)爐、恒溫槽以及干井爐的溫場(chǎng)測(cè)量。

（1）固定點(diǎn)容器溫坪監(jiān)控模塊[2]。該模塊主要完成整個(gè)溫坪監(jiān)控、溫坪回升報(bào)警提示以及溫坪曲線的分析。程序開(kāi)始后根據(jù)輸入的信息自動(dòng)獲取相應(yīng)通道的測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制溫度/電阻-時(shí)間曲線，并自動(dòng)保存測(cè)量數(shù)據(jù)。在固定點(diǎn)容器降溫階段程序自動(dòng)判斷溫度是否過(guò)冷回升，當(dāng)監(jiān)測(cè)到連續(xù)3個(gè)采樣溫度值持續(xù)上升，表示容器內(nèi)溫度開(kāi)始回升，系統(tǒng)報(bào)警，提示操作員進(jìn)行溫度回升后的相關(guān)處理。當(dāng)測(cè)量值的變化小于0.5mK/10min時(shí)溫坪開(kāi)始，程序進(jìn)入溫坪分析曲線界面，通過(guò)該界面可以清楚地觀察此次溫坪變化的數(shù)值和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)。

采用該軟件繪制的溫坪曲線既可以放大又可以縮小，既可以觀察整個(gè)溫坪曲線的變化趨勢(shì)又可以選擇性地觀察某一段時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且該軟件能夠自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，用戶可以方便地查詢不同時(shí)間段的溫坪曲線和數(shù)據(jù)。

（2）高精密鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)法和比較法校準(zhǔn)精密鉑電阻溫度計(jì)[3]。定點(diǎn)法參照標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)檢定規(guī)程規(guī)定的方法，根據(jù)被校溫度計(jì)的測(cè)溫范圍在定義固定點(diǎn)上進(jìn)行，用規(guī)定的參考函數(shù)和偏差函數(shù)確定鉑電阻溫度計(jì)的系數(shù)值[4]。首先設(shè)置固定點(diǎn)類型、測(cè)量通道號(hào)、被檢溫度計(jì)編號(hào)、測(cè)量次數(shù)和測(cè)溫范圍。測(cè)量時(shí)程序每次獲取的電阻值顯示在測(cè)量值表中，自動(dòng)計(jì)算出所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。測(cè)量完成后點(diǎn)擊“計(jì)算結(jié)果”按鈕程序自動(dòng)完成靜壓修正，計(jì)算出系數(shù)an和bn。

比較法采用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)做標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和被校溫度計(jì)一同插入恒溫槽等恒溫設(shè)備中[5]。輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的Wt證書值，將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、被檢溫度計(jì)的編號(hào)及對(duì)應(yīng)的掃描通道號(hào)添加到列表框中，設(shè)置好測(cè)溫點(diǎn)。測(cè)量開(kāi)始后程序根據(jù)列表中的通道號(hào)控制1590自動(dòng)切換掃描通道并獲取連接到對(duì)應(yīng)通道的溫度計(jì)的電阻值，測(cè)量完成后點(diǎn)擊檢定結(jié)果計(jì)算按鈕，程序用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的測(cè)量值對(duì)被校溫度計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行修正，得出被校鉑電阻溫度計(jì)在不同溫度點(diǎn)的電阻值。

（3）干井爐溫場(chǎng)測(cè)量模塊[6]。干井爐溫場(chǎng)測(cè)量包括干井爐溫度顯示與測(cè)量溫區(qū)的溫度差測(cè)量，測(cè)溫孔的測(cè)量區(qū)內(nèi)軸向溫場(chǎng)均勻性、徑向溫場(chǎng)均勻性及穩(wěn)定性的測(cè)量。

2.1.3 數(shù)據(jù)查詢分析

數(shù)據(jù)查詢分析模塊包括固定點(diǎn)溫坪曲線查詢分析，高精密鉑電阻溫度計(jì)、高精密恒溫槽測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果查詢分析，定點(diǎn)爐、干井爐溫場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)及處理結(jié)果查詢分析。通過(guò)輸入固定點(diǎn)類型、溫坪監(jiān)控開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和監(jiān)控溫度計(jì)編號(hào)來(lái)查詢固定點(diǎn)容器在該時(shí)間段的監(jiān)控曲線。通過(guò)輸入儀器名稱、測(cè)量溫度計(jì)編號(hào)和測(cè)量時(shí)間可查詢溫度計(jì)校準(zhǔn)或溫場(chǎng)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果。

2.2 軟件流程

系統(tǒng)軟件采用c#.net語(yǔ)言編寫，軟件啟動(dòng)后首先打開(kāi)串口，配置串口通信協(xié)議，設(shè)置1590參數(shù)，然后開(kāi)始采樣，獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，選擇測(cè)試任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)所選擇的測(cè)試任務(wù)進(jìn)入相應(yīng)的處理程序?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，處理完成后關(guān)閉串口。軟件流程如圖3所示。

3 測(cè)試結(jié)果

用該系統(tǒng)進(jìn)行固定點(diǎn)容器溫坪監(jiān)控的測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5所示。

測(cè)試結(jié)果表明，在固定點(diǎn)容器溫坪監(jiān)控中，能夠完整地繪制溫坪復(fù)現(xiàn)過(guò)程固定點(diǎn)容器內(nèi)溫度變化的曲線，良好地監(jiān)控溫度回升過(guò)程并報(bào)警。系統(tǒng)能按用戶設(shè)定的統(tǒng)計(jì)次數(shù)對(duì)溫坪數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從溫坪分析圖中可以清晰地觀察和分析溫坪的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用該精密溫度測(cè)量系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了固定點(diǎn)容器溫坪曲線的繪制、固定點(diǎn)容器溫度過(guò)冷回升時(shí)的監(jiān)測(cè)報(bào)警，高精密鉑電阻溫度計(jì)的校準(zhǔn)處理，高精密恒溫槽、定點(diǎn)爐、干井爐的溫場(chǎng)分布測(cè)量，并取得了滿意的測(cè)量效果。

圖3 軟件主程序流程圖

圖4 錫點(diǎn)凝固溫坪曲線圖

圖5 錫點(diǎn)溫坪分析圖

該系統(tǒng)集測(cè)量和數(shù)據(jù)處理于一體，減少了人工抄錄過(guò)程帶來(lái)的時(shí)間浪費(fèi)和記錄失誤，提高了工作效率和數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確率，使其在溫度校準(zhǔn)應(yīng)用中更加靈活、高效。系統(tǒng)中的固定點(diǎn)溫度回升監(jiān)測(cè)報(bào)警程序能夠提醒操作人員對(duì)固定點(diǎn)復(fù)現(xiàn)做出快速的處理；高精密恒溫槽測(cè)量采用圖形化方式，使檢測(cè)人員能夠非常直觀地監(jiān)控恒溫槽內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布情況；系統(tǒng)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和歷史測(cè)量數(shù)據(jù)查詢分析功能，為溫度實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)研究工作提供了有效的研究平臺(tái)。

[1] 王小科，呂雙.C#從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：105-120.

[2]JJF 1178—2007用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的固定點(diǎn)裝置校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

[3]吳疆，吳方，王莉.精密短型鉑電阻溫度計(jì)的校準(zhǔn)問(wèn)題討論[J].計(jì)測(cè)技術(shù)，2008，28（2）：58-59.

[4]JJG 160—2007標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

[5]JJG 229—1998工業(yè)鉑、銅熱電阻[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1998.

[6]JJF 1257—2010干體式溫度校準(zhǔn)器校準(zhǔn)方法[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.