趙 琳 劉 巖 李鎖印 趙革艷 趙新宇 梁法國 / 中國電子科技集團公司第十三研究所

基于VBA的工業(yè)鉑電阻半自動校準系統(tǒng)

趙 琳 劉 巖 李鎖印 趙革艷 趙新宇 梁法國 / 中國電子科技集團公司第十三研究所

介紹一種在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺上開發(fā)的工業(yè)鉑電阻半自動校準系統(tǒng)，對系統(tǒng)的工作原理及軟件流程進行了論述，通過程序?qū)崿F(xiàn)了判斷恒溫槽溫場變化、自動記錄鉑電阻阻值數(shù)據(jù)、在校準(檢定)完成后對鉑電阻進行自動等級判定、自動生成原始記錄和證書等功能，解決了以往工業(yè)鉑電阻的校準(檢定)工作中遇到的數(shù)據(jù)量大，后期處理繁瑣的問題，具有推廣價值。

工業(yè)鉑電阻；VBA；半自動校準

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)和科研試驗研究中大量使用工業(yè)鉑電阻溫度計，我國習(xí)慣稱為鉑熱電阻。現(xiàn)在比較常見的工業(yè)鉑電阻是用真空濺射薄膜元件，經(jīng)過光刻、鍍保護膜，焊接引線而做成，適宜于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中[1]。對于日常工作中的鉑電阻，只有當(dāng)其檢定或校準結(jié)果符合相應(yīng)的允差等級要求時，即可作為合格的計量器具使用。

目前鉑電阻檢定所依據(jù)的是JJG 229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》，檢定項目為外觀、絕緣電阻、穩(wěn)定性、允差等，其中允差包括0 ℃點和允差等級規(guī)定的上限(下限)溫度或100 ℃點(應(yīng)首選100 ℃)[2]。實驗室在檢定鉑電阻時經(jīng)常遇到一些問題，如后期數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)處理繁瑣、耗時、易出錯、效率較低等?；诖?，本文介紹了一種在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺上開發(fā)的工業(yè)鉑電阻半自動校準軟件，實現(xiàn)了對鉑電阻校準數(shù)據(jù)自動記錄的功能，并且可以在校準完成后對鉑電阻進行自動等級判定，自動生成原始記錄和證書，最終實現(xiàn)了“證書與儀器的同步”，節(jié)約了計量時間[3]。

1 校準系統(tǒng)的方案

目前儀器的校準工作可分為全自動校準、半自動校準、全手動校準三種模式，其中半自動校準主要呈現(xiàn)為：標準器可程控，被檢儀器的設(shè)置需手動完成。半自動校準的優(yōu)點主要體現(xiàn)在電腦系統(tǒng)可完成校準步驟、操作提示、記錄測量數(shù)據(jù)、判定等級、進行數(shù)據(jù)和證書管理等。

依據(jù)鉑電阻的檢定規(guī)程，設(shè)計了一套適用于鉑電阻的半自動校準程序，采用計算機控制校準系統(tǒng)，可以同時校準多只鉑電阻，設(shè)定采樣時間、采樣周期，并將采樣的數(shù)據(jù)直接寫入用Excel編寫的原始記錄，在原始記錄中直接應(yīng)用編輯好的公式計算實際電阻溫度系數(shù)，判定鉑電阻的等級，給出結(jié)論及不確定度，自動生成證書。

1.1 校準系統(tǒng)的組成

規(guī)程中規(guī)定檢定鉑電阻時所需的標準儀器及配套設(shè)備有：標準鉑電阻溫度計、電測儀器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、冰點槽、恒溫槽、高溫爐、水三相點瓶及其保溫容器、絕緣電阻表等。鉑電阻校準系統(tǒng)是由標準鉑電阻溫度計、超級測溫電橋以及恒溫槽等組成。工業(yè)鉑電阻的半自動校準系統(tǒng)主要由測量標準、被檢工業(yè)鉑電阻、電測儀器、GPIB[4]接口卡和線纜、系統(tǒng)軟件及其他配套設(shè)備等組成。

其中測量標準為二等標準鉑電阻溫度計，電測儀器為超級測溫電橋1594A，可以測量熱電阻和溫度，且1594A配有GPIB接口，系統(tǒng)軟件通過GPIB接口對其進行程序控制，半自動采集校準數(shù)據(jù)。整個校準裝置的組成如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)的功能有：運行時可以控制超級測溫電橋1594A；可以實現(xiàn)多只鉑電阻的同時校準；具備判斷恒溫槽溫場變化的功能；指定數(shù)據(jù)記錄位置；設(shè)定采樣時間及記錄次數(shù)；判定鉑電阻等級；故障診斷功能。

圖1 工業(yè)鉑電阻校準系統(tǒng)組成

為了實現(xiàn)這些功能，采用Windows XP操作系統(tǒng)，測試軟件基于VBA開發(fā)平臺[5-6]，其中通信部分功能的實現(xiàn)需要引用VisaCom[7]IO庫，物理連接則采用了常見的GPIB，選用通用的自動化語言，使用Microsoft Excel作為生成原始記錄和證書報告的工具。

因為校準的數(shù)據(jù)是直接寫入原始記錄中，校準的鉑電阻數(shù)量往往都會大于10只，這就需要分批校準。每一批的校準數(shù)據(jù)都需要完整地記錄在相應(yīng)的位置，所以每次需要指定記錄數(shù)據(jù)的開始位置，以免造成數(shù)據(jù)的混亂。程序編寫過程中注意到1594A每次最多同時校準三只鉑電阻，但是校準過程中同時校準的鉑電阻數(shù)量不定，所以編輯了一個對話框，在程序運行開始時用以選擇被檢鉑電阻數(shù)量，選擇后開始校準。運行對話框圖如圖2所示。

圖2 軟件運行框圖

校準開始首先需要判斷恒溫槽是否達到熱平衡，規(guī)程中規(guī)定恒溫槽的溫度在10 min內(nèi)變化不大于0.04 ℃即為達到了熱平衡，此時可認為恒溫槽的溫場變化達到規(guī)程中的要求，開始檢定鉑電阻。不滿足要求繼續(xù)等待恒溫，這一過程主要通過軟件控制采集標準器的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。當(dāng)恒溫槽顯示溫度接近設(shè)定溫度后即開始采樣標準器的溫度值，采樣間隔設(shè)定為2 min，適當(dāng)采樣多組數(shù)據(jù)，比較數(shù)據(jù)結(jié)果判定恒溫槽的熱平衡狀態(tài)。

當(dāng)鉑電阻校準完成后，依據(jù)規(guī)程需要對鉑電阻進行等級判定，以往這些都要通過手動計算得出結(jié)論，現(xiàn)在通過Excel[8]中的計算公式即可自動判別，隨之證書自動生成。校準軟件流程圖如圖3所示。

圖3 校準軟件流程圖

2 實驗分析

下文以校準3只工業(yè)鉑電阻(編號分別為1、2、3)為例分析了軟件的實現(xiàn)過程。首先將標準器和被檢鉑電阻放入恒溫槽中，與超級測溫電橋連接好，計算機與超級測溫電橋之間用GPIB線連接。打開程序，設(shè)定等待恒溫時間為5 min，設(shè)定每次數(shù)據(jù)記錄采樣時間間隔為20 s，選定開始記錄數(shù)據(jù)的表格位置，運行程序，進入圖2的界面，選擇被檢鉑電阻數(shù)量，此次實驗為3只鉑電阻，所以選定數(shù)字“3”，再點“開始”，開始校準，判斷恒溫槽是否達到熱平衡，不滿足要求繼續(xù)等待恒溫，直至滿足要求后開始記錄數(shù)據(jù)。

圖4為校準前后的原始記錄表格，加粗的方框內(nèi)是數(shù)據(jù)區(qū)，可以看出使用這一系統(tǒng)校準鉑電阻時無需再手動輸入數(shù)據(jù)，只需要更換被校的鉑電阻即可。實驗室規(guī)定證書的1 ～ 2頁為固定格式，證書結(jié)果的數(shù)據(jù)來源為原始記錄的數(shù)據(jù)，這些都用Excel[9]實現(xiàn)，只要原始記錄完成了，證書就可以自動生成，減少因手動輸入數(shù)據(jù)的出錯率，減少處理數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，提高校準效率，具有很好的可行性。

圖4 校準開始前和校準完成后的原始記錄表格

3 結(jié)語

本文通過在Excel內(nèi)嵌的VBA平臺上開發(fā)工業(yè)鉑電阻半自動校準軟件，解決了實際校準工作中遇到的數(shù)據(jù)記錄工作量大和數(shù)據(jù)處理繁瑣易出錯的問題，并且通過程序?qū)崿F(xiàn)了判斷恒溫槽溫場變化、在校準完成后對鉑電阻進行自動等級判定、自動生成原始記錄和證書等功能，最后通過實驗驗證了這一系統(tǒng)的可操作性。該程序具有一定的推廣性，如在使用標準鉑電阻校準恒溫槽的過程中也會遇到一些類似的問題，可以在這套程序的基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的更改來完成恒溫槽的校準工作。

[1] 廖理. 熱學(xué)計量[M]. 北京：原子能出版社, 2002.

[2] 全國溫度計量技術(shù)委員會. JJG 229-2010[S]. 北京：中國計量出版社, 2010.

[3] 喬玉娥. Excel軟件的數(shù)據(jù)處理在證書報告編制中的應(yīng)用[J]. 計測技術(shù), 2013(6), 33: 79-83.

[4] The Institute of Electrical and Electronics Engineers, lnc.IEEE Std 488.1TM: 2003[S]. new york，IEEE, 2003.

[5] John Walkenbach. Excel VBA Programming for Dummies[M]. HUNGRY MINDS, 2010: 67-172.

[6] John Walkenbach. Excel 2003 Power Programming with VBA[M]. John Wiley & Sons, 2004:112-147.

[7] Agilent Technologies Inc., “Agilent Technologies VISA COM I/O Help Edition 4”.

[8] Microsoft Corp., “Excel 2007 開發(fā)人員參考”.

[9] Microsoft Corp. Excel 2007 Developer Reference 2006[CP]. Microsoft Corp, 2006.

Semiautomatic calibration system of industry platinum resistance thermometers based on VBA

Zhao Lin，Liu Yan，Li Suoyin，Zhao Geyan，Zhao Xinyu，Liang Faguo
（The13th Research Institute of China Electronics
Technology Group Corporation）

It introduces a kind of semiautomatic calibration system of industrial platinum resistance thermometers ,which is on the platform of VBA of the embedded Excel ,discussing the working principle and software flow of the system，and through the procedures to achieve the judgment of thermostatic bath temperature changes, automatic recording of platinum resistance data, when the calibration(verification) is completed, it can automatically rank determination and automatic generation the original records and certificates .It solves the work of a large amount of data in the calibration (verification) of previous industrial platinum resistance encountered, and solves the post processing complicated problem, which has good popularization and reference value.

industry platinum resistance thermometers；VBA；semiautomatic calibration