VST．R-901标准热电偶自动检定系统若干问题的探讨

熊泽生　熊敬东　王登秀
　　［摘要］　概述了VST．R-901标准热电偶自动检定系统的组成和工作原理；通过对这套自动检定系统进行分项综合测试，充分肯定了其性能特点和推广应用价值；为了方便地开展热电偶一等标准传递二等标准的计量检定工作，对这套自动检定系统的改进，从系统控温参量的调整、温场测试方法、数据和表格处理及检定炉保护等方面，提出了一些建议。
　　［关键词］　预测控制；自动检定系统；标准热电偶
　　［中图分类号］　TK31　［文献标识码］　A　［文章编号］　1006-3986（1999）01-0037-03

　　VST．R-901二等标准热电偶自动检定系统是上海电力学院、山西省电力试验研究所和浙江洞头自动化仪表厂合作研制生产的热电偶自动检定装置。它专为铂铑10-铂(S型)标准热电偶的自动检定而设计，这套装置按《中华人民共和国计量器具检定规程—标准铂铑10-铂热电偶(JJG75-95）》的要求进行开发研制，目前已经开始推广应用在电力系统的一些试验研究院(所)中，作为热电偶一等标准装置并对二等标准进行量值传递。
1　装置的组成和工作原理
　　VST．R-901二等标准热电偶自动检定系统的组成如附图所示。



附图　VST．R-901标准热电偶自动检定系统的组成框图
　　S型标准热电偶和被检热电偶捆扎后装在管式检定炉中，热电偶冷端与铜导线相接，其接点置于冰点器中以保持热电偶冷端为0℃。与热电偶相接的铜导线接至扫描开关，该开关可接收微机指令，按双极法和同名极法的检定要求切换，使数字电压表的测量端与相应的测量回路接通。数字电压表按微机指令进行电势测量并把测得的电势值送回微机。微机根据检定工作的要求，控制扫描开关的工作和数字电压表的采样，根据测得的热电势换算出当前的炉内温度，并按照检定炉炉温的控制要求发指令给测控仪，测控仪再通过控温伺服器改变检定炉的加热功率，实现检定炉炉温的自动控制。当检定炉的炉温达到检定点的设定温度时，微机则控制扫描开关巡回切向标偶和各被检偶，每切换好一路，就令数字电压表测量该回路的电势值并把所测数据传回微机存储待用。当获得所有数据后，微机则可以按检定规程的要求做检定计算，然后整理检定结果并记录在检定证书，测量记录和数据综合等表格中。
2　对装置的综合考评
　　湖北省电力试验研究所热工室于1998年5月份对VST．R-901二等标准热电偶自动检定系统的性能进行了分项综合测试，具体结果如下：
　　（1）　炉温控制［1］
　　炉温偏离检定点(锌点、锑点和铜点)温度可控制在±5℃范围内；炉温变化率可控制在0．1℃／min范围内；
　　在检定点的测量过程中，炉温变化可控制在5℃以内。
　　（2）　数字电压表
　　按检定规程［1］的要求，检定一等标准热电偶时，需配备测量准确度不低于1×10－4，分辩率不低于0．1　μV的电测设备；检定二等标准热电偶时，需配备测量准确度不低于2×10－4，分辨率不低于1　μV的电测设备。这套装置配备了高精度的数字电压表，其准确度和分辨率甚至高于检定一等标准热电偶所需配备的电测设备。
　　（3）　扫描开关寄生电势的测试
　　将WD-10Ⅲ低热电势扫描开关的10路输入全部短路，用高精度数字电压表测试每一路对应输出，共做了三组测试。最终结果是各路输出最大值均不超过0．2　μV，其指标优于规程中规定的热电偶转换开关的寄生电势不大于0．4μV的要求［1］。
　　总之，这套装置从综合性能上来讲，完全满足甚至优于检定规程的要求；从控制理论上来讲，采用了连续时域的广义预测控制(CGPC)，对检定炉炉温的控制，能达到全速升温而超调小，恒温迅速而持久等效果，与传统的PID控温方式相比，无疑会节省大量时间；从操作方式上来讲，由于整个检定过程无需人工干预，甚至包括对检定后的数据进行综合处理均可由计算机自动完成，与手工检定相比，极大地降低了检定人员的劳动强度，提高了劳动效率，保证了检定精度和数据处理的正确性。用这套装置取代传统的手工检定装置是可行的且行之有效的。

3　对装置几个问题的探讨和改进建议
3．1　关于系统控温参量的调整
　　从控温策略上来讲，这套系统没有采用传统的PID控制，而改进为广义预测控制。按检定规程要求［1］，用同名极法进行检定时在各检定点的温度值不能超过定点值的±5℃，且在具体分度的测温过程中要求炉温变化不大于5℃，用双极法进行检定时在各检定点的温度值不能超过定点值的±5℃，且温变率不能超过0．1℃／min。对于热电偶检定炉这样的被控对象，由于有较大的迟延和非线性，要达到如此严格的温控指标，用预测控制比用传统的PID控制具有更大的优越性。
　　用预测控制来完成炉温精确控制的关键就是对预测模型的认识是否很合理和完善［2］。对于不同型号的检定炉，其动态特性不一样；即便是同型号的检定炉，对于不同的个体，其动态特性也不尽相同。因此用户在对此装置进行具体测试时，应该配合生产厂家反复调整过程模型及相应的预控参数，在试验过程中不断摸索具体被控对象的动态特性，直至达到理想的控温效果。
3．2　温场测试方法的改进
　　按检定规程［1］，要求检定炉炉内最高温度点偏离炉中心不得超过20　mm，且在炉温最高点±20　mm内，温度梯度≤0．4℃／cm。为此，在这套系统配套的软件中设计了温场测试这一项。根据我们考核测试的结果，有两点可加以改进。
　　温场测试以炉体几何中心为起始点，然后逐点进行循环测试。具体操作过程是，首先固定一只标准热电偶，监控中心点温度；再以一只标准热电偶作为温场测试工具，从起始点开始，往内伸展，每隔5　mm测试一点温度，达到一定深度后，又往回重复测量起始点以内各点温度，直至起始点；然后继续往外拉伸测温热电偶，每隔5　mm测试一点温度，顺序逐点测试，拉到一定距离后，又往内推进，重复测量起始点以外各点温度，最终到达起始点为止。当然，整个循环过程，也可以先测起始点以外位置的温度，与以上相反的方向来进行。通过循环测试，在同一位置对应有两次测试结果，取其平均值作为此点的温度值。目前这套装置对于温场测试的做法是，以中心点为起始点，只测试往内伸展和往外拉伸单向过程中间隔5　mm的各点处温度值，从测试方法的角度上来讲，应改进为循环测试方式，通过改进测量方法，可以减小测量误差。
　　另有一点可以加以改进：在温场具体测试中，计算机循环监视两路标准热电偶的读数值，考虑到温场微小波动性原因，对应各位置的每次测试结果，最好能读取偶数次读数值，然后对其取平均，最后将其平均值作为此点温度值的一次测试结果。就此计算机监控系统而言，进行这种测量方法的改进，从软件上讲难度不大(具体的硬件连接不用改动)。
3．3　关于数据处理和表格制作等方面的改进建议
　　从检定实用性来讲，目前这套装置完全可以替代传统的检定设备。为了进一步完善这套装置，更方便地开展此项检定工作，我们结合以往的经验提出以下改进意见。
　　首先，按照检定规程的要求［1］，需要考核二等标准热电偶的稳定性，具体由铜点的热电势变化来决定。为此需要知道被检标准热电偶上次的检定结果，所以建议在二等标准热电偶检定记录表中附上被检标准热电偶前次的检定结果；另外，在二等标准热电偶检定记录表中，“误差”项应该改为“差值”项，否则对应概念不合理。
　　此外，在数据综合表的稳定性一项中最好能注明热电势改变的计算公式，这样可以明确被检热电偶对应各检定点热电势的变化趋势。
　　按照新规程［1］(JJG75-95），只能出具被检标准热电偶300～1　100℃范围以内整百度温度点对应热电势，因此在检定证书中对应的检定结果栏内，应去掉1　200℃和1　300℃两点及其相应热电势值。
　　另外，在二等标准热电偶检定数据综合表中，判断热电偶的稳定性、分度规范性和检定重复性三项指标时，其数据均修约到了0．01　μV。按规程要求［1］，只需修约到1　μV，否则，一旦检定出来的数据处于判断值边缘范围时，用修约到0．01　μV的方法进行数据处理时，可能引起误判。
　　从保护检定炉的角度出发，启动检定程序时，开始应该用小电流输出，加热一段时间等炉体达到一定温度以后，再转至自动控温输出。目前，这套自动检定装置，启动检定程序时一开始就进入自动控温状态，因此，我们建议原程序对此作一些改进。
作者单位：湖北省电力试验研究所，　湖北　武汉　430077
参考文献
　[1]郑芳．标准铂铑10—铂热电偶检定规程(JJG75-95）．北京：中国计量出版社，1995．8页
　[2]席裕庚等．一类工业过程预测控制的闭环分析．自动化学报，1995（1）∶1～8

希望大家积极参与讨论

[ 本帖最后由 张剑川 于 2007-8-15 11:10 编辑 ]

有含热电阻检定一体化的吗？
价格？

您需要一等或二等标准？

您有电话吗？我可以请教您关于热电偶检定方面的问题吗？我的E-mail：xqhu@163.com

能不能介绍一下二等标准热电偶哪里的好？

二等标准热电偶现在还是云南的比较好。

WD-10Ⅲ低热电势扫描开关
能否用继电器来代替？

其实很多扫描开关用的就是继电器（只要接触电势够小就可以），也有用步进电机的。总体来说只要满足指标就可以。