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計量論壇

標(biāo)題: VST．R-901標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動檢定系統(tǒng)若干問題的探討 [打印本頁]

作者: 張劍川 時間: 2007-8-15 10:56
標(biāo)題: VST．R-901標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動檢定系統(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)熱電偶自動檢定系統(tǒng)的組成和工作原理；通過對這套自動檢定系統(tǒng)進行分項綜合測試，充分肯定了其性能特點和推廣應(yīng)用價值；為了方便地開展熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)傳遞二等標(biāo)準(zhǔn)的計量檢定工作，對這套自動檢定系統(tǒng)的改進，從系統(tǒng)控溫參量的調(diào)整、溫場測試方法、數(shù)據(jù)和表格處理及檢定爐保護等方面，提出了一些建議。
　　［關(guān)鍵詞］　預(yù)測控制；自動檢定系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)熱電偶
　　［中圖分類號］　TK31　［文獻標(biāo)識碼］　A　［文章編號］　1006-3986（1999）01-0037-03

　　VST．R-901二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動檢定系統(tǒng)是上海電力學(xué)院、山西省電力試驗研究所和浙江洞頭自動化儀表廠合作研制生產(chǎn)的熱電偶自動檢定裝置。它專為鉑銠10-鉑(S型)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的自動檢定而設(shè)計，這套裝置按《中華人民共和國計量器具檢定規(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)的一些試驗研究院(所)中，作為熱電偶一等標(biāo)準(zhǔn)裝置并對二等標(biāo)準(zhǔn)進行量值傳遞。
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，其接點置于冰點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)字電壓表的測量端與相應(yīng)的測量回路接通。數(shù)字電壓表按微機指令進行電勢測量并把測得的電勢值送回微機。微機根據(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)測得的熱電勢換算出當(dāng)前的爐內(nèi)溫度，并按照檢定爐爐溫的控制要求發(fā)指令給測控儀，測控儀再通過控溫伺服器改變檢定爐的加熱功率，實現(xiàn)檢定爐爐溫的自動控制。當(dāng)檢定爐的爐溫達到檢定點的設(shè)定溫度時，微機則控制掃描開關(guān)巡回切向標(biāo)偶和各被檢偶，每切換好一路，就令數(shù)字電壓表測量該回路的電勢值并把所測數(shù)據(jù)傳回微機存儲待用。當(dāng)獲得所有數(shù)據(jù)后，微機則可以按檢定規(guī)程的要求做檢定計算，然后整理檢定結(jié)果并記錄在檢定證書，測量記錄和數(shù)據(jù)綜合等表格中。
2　對裝置的綜合考評
　　湖北省電力試驗研究所熱工室于1998年5月份對VST．R-901二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶自動檢定系統(tǒng)的性能進行了分項綜合測試，具體結(jié)果如下：
　　（1）　爐溫控制［1］
　　爐溫偏離檢定點(鋅點、銻點和銅點)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)；
　　在檢定點的測量過程中，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，需配備測量準(zhǔn)確度不低于1×10－4，分辯率不低于0．1　μV的電測設(shè)備；檢定二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時，需配備測量準(zhǔn)確度不低于2×10－4，分辨率不低于1　μV的電測設(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設(shè)備。
　　（3）　掃描開關(guān)寄生電勢的測試
　　將WD-10Ⅲ低熱電勢掃描開關(guān)的10路輸入全部短路，用高精度數(shù)字電壓表測試每一路對應(yīng)輸出，共做了三組測試。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)時域的廣義預(yù)測控制(CGPC)，對檢定爐爐溫的控制，能達到全速升溫而超調(diào)小，恒溫迅速而持久等效果，與傳統(tǒng)的PID控溫方式相比，無疑會節(jié)省大量時間；從操作方式上來講，由于整個檢定過程無需人工干預(yù)，甚至包括對檢定后的數(shù)據(jù)進行綜合處理均可由計算機自動完成，與手工檢定相比，極大地降低了檢定人員的勞動強度，提高了勞動效率，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。

作者: 張劍川 時間: 2007-8-15 10:59
3　對裝置幾個問題的探討和改進建議
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，而改進為廣義預(yù)測控制。按檢定規(guī)程要求［1］，用同名極法進行檢定時在各檢定點的溫度值不能超過定點值的±5℃，且在具體分度的測溫過程中要求爐溫變化不大于5℃，用雙極法進行檢定時在各檢定點的溫度值不能超過定點值的±5℃，且溫變率不能超過0．1℃／min。對于熱電偶檢定爐這樣的被控對象，由于有較大的遲延和非線性，要達到如此嚴(yán)格的溫控指標(biāo)，用預(yù)測控制比用傳統(tǒng)的PID控制具有更大的優(yōu)越性。
　　用預(yù)測控制來完成爐溫精確控制的關(guān)鍵就是對預(yù)測模型的認(rèn)識是否很合理和完善［2］。對于不同型號的檢定爐，其動態(tài)特性不一樣；即便是同型號的檢定爐，對于不同的個體，其動態(tài)特性也不盡相同。因此用戶在對此裝置進行具體測試時，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)，在試驗過程中不斷摸索具體被控對象的動態(tài)特性，直至達到理想的控溫效果。
3．2　溫場測試方法的改進
　　按檢定規(guī)程［1］，要求檢定爐爐內(nèi)最高溫度點偏離爐中心不得超過20　mm，且在爐溫最高點±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)計了溫場測試這一項。根據(jù)我們考核測試的結(jié)果，有兩點可加以改進。
　　溫場測試以爐體幾何中心為起始點，然后逐點進行循環(huán)測試。具體操作過程是，首先固定一只標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，監(jiān)控中心點溫度；再以一只標(biāo)準(zhǔn)熱電偶作為溫場測試工具，從起始點開始，往內(nèi)伸展，每隔5　mm測試一點溫度，達到一定深度后，又往回重復(fù)測量起始點以內(nèi)各點溫度，直至起始點；然后繼續(xù)往外拉伸測溫?zé)犭娕迹扛?　mm測試一點溫度，順序逐點測試，拉到一定距離后，又往內(nèi)推進，重復(fù)測量起始點以外各點溫度，最終到達起始點為止。當(dāng)然，整個循環(huán)過程，也可以先測起始點以外位置的溫度，與以上相反的方向來進行。通過循環(huán)測試，在同一位置對應(yīng)有兩次測試結(jié)果，取其平均值作為此點的溫度值。目前這套裝置對于溫場測試的做法是，以中心點為起始點，只測試往內(nèi)伸展和往外拉伸單向過程中間隔5　mm的各點處溫度值，從測試方法的角度上來講，應(yīng)改進為循環(huán)測試方式，通過改進測量方法，可以減小測量誤差。
　　另有一點可以加以改進：在溫場具體測試中，計算機循環(huán)監(jiān)視兩路標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的讀數(shù)值，考慮到溫場微小波動性原因，對應(yīng)各位置的每次測試結(jié)果，最好能讀取偶數(shù)次讀數(shù)值，然后對其取平均，最后將其平均值作為此點溫度值的一次測試結(jié)果。就此計算機監(jiān)控系統(tǒng)而言，進行這種測量方法的改進，從軟件上講難度不大(具體的硬件連接不用改動)。
3．3　關(guān)于數(shù)據(jù)處理和表格制作等方面的改進建議
　　從檢定實用性來講，目前這套裝置完全可以替代傳統(tǒng)的檢定設(shè)備。為了進一步完善這套裝置，更方便地開展此項檢定工作，我們結(jié)合以往的經(jīng)驗提出以下改進意見。
　　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，具體由銅點的熱電勢變化來決定。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”項應(yīng)該改為“差值”項，否則對應(yīng)概念不合理。
　　此外，在數(shù)據(jù)綜合表的穩(wěn)定性一項中最好能注明熱電勢改變的計算公式，這樣可以明確被檢熱電偶對應(yīng)各檢定點熱電勢的變化趨勢。
　　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)整百度溫度點對應(yīng)熱電勢，因此在檢定證書中對應(yīng)的檢定結(jié)果欄內(nèi)，應(yīng)去掉1　200℃和1　300℃兩點及其相應(yīng)熱電勢值。
　　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)性三項指標(biāo)時，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，用修約到0．01　μV的方法進行數(shù)據(jù)處理時，可能引起誤判。
　　從保護檢定爐的角度出發(fā)，啟動檢定程序時，開始應(yīng)該用小電流輸出，加熱一段時間等爐體達到一定溫度以后，再轉(zhuǎn)至自動控溫輸出。目前，這套自動檢定裝置，啟動檢定程序時一開始就進入自動控溫狀態(tài)，因此，我們建議原程序?qū)Υ俗饕恍└倪M。
作者單位：湖北省電力試驗研究所，　湖北　武漢　430077
參考文獻
　[1]鄭芳．標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10—鉑熱電偶檢定規(guī)程(JJG75-95）．北京：中國計量出版社，1995．8頁
　[2]席裕庚等．一類工業(yè)過程預(yù)測控制的閉環(huán)分析．自動化學(xué)報，1995（1）∶1～8

作者: 張劍川 時間: 2007-8-15 11:07
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 ]

作者: ycjlzxj 時間: 2007-9-3 01:28
有含熱電阻檢定一體化的嗎？
價格？

作者: 張劍川 時間: 2007-9-4 18:41
您需要一等或二等標(biāo)準(zhǔn)？

作者: xqhu 時間: 2007-9-6 12:00
提示: 作者被禁止或刪除內(nèi)容自動屏蔽

作者: arjan 時間: 2007-9-6 16:22
標(biāo)題: 請教
能不能介紹一下二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶哪里的好？

作者: 張劍川 時間: 2007-9-6 17:51
二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶現(xiàn)在還是云南的比較好。

作者: Rqangrong 時間: 2010-7-6 21:35
WD-10Ⅲ低熱電勢掃描開關(guān)
能否用繼電器來代替？

作者: ssooss 時間: 2010-7-6 23:09
其實很多掃描開關(guān)用的就是繼電器（只要接觸電勢夠小就可以），也有用步進電機的。總體來說只要滿足指標(biāo)就可以。

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