CIMM-TCM-6热电偶自动检定系统在韶钢的应用

旋石婵 杨 艳 郑自成

（宝钢集团广东韶关钢铁有限公司 设备管理部计量中心，广东 韶关 512000）

0 前言

热电偶是比较常用的温度检测传感器，它具有测量精度高、测量范围广、使用方便等的特点，在工业测量中得到了广泛的应用，它的准确性直接关系到测量数据的量值传递，因此工业热电偶的检定也就成为了一项非常重要的工作。在传统热电偶检定过程中，是用电位差计根据检定规程通过手动转换开关读取在不同检定点中标准热电偶和被检热电偶的热电势值的，检定步骤、数据采集和处理都需要人工完成，这样的检定方法需要的检定时间比较长，而且容易出错，影响检定效率。在工程热电偶数量及其多且急需投入生产时难以满足顾客和企业的需要。随着计算机技术的发展，研发一种热电偶自动检定系统成为了一种趋势。

CIMM-TCM-6热电偶自动检定系统是根据国家现行的计量检定规程，利用数据采集技术、现代计算机控制和处理技术研发的一种自动检定装置，软件具有开发界面友好、功能完善、数据处理科学准确等的特点，系统完全能够满足各种工业热电偶检定的需要。

1 系统工作原理及功能

系统的硬件主要是由热电偶卧式检定炉、冰点恒温器、标准热电偶、低电势扫描开关、数字多用表、退火装置、退火炉等组成。系统检定方法是采用双极比较法进行，将被检热电偶和标准热电偶捆绑在一起放入检定炉后，计算机通过温度控制装置控制炉温，使炉温升到预定的检定点附近后，保持数几分钟，使热电偶达到热平衡，观察炉温的变化情况，当炉温情况达到了检定规程的要求后，系统将会指示数字多用表进行功能转换，按照规程要求的顺序读取低电势扫描开关各个通道的数据，然后对这些数据进行分析处理并保存到系统数据库中，通过打印机打印出来。以下是系统的构成图:

为了能够满足检定规程的要求和检定过程中的实际需要，系统软件设置了:检定参数的输入，检定数据处理包括热电偶冷端温度的计算、检定炉实际温度的计算，被检热电偶的温度误差计算，检定过程状态显示，炉温控制状态的显示，标准热电偶的参数输入，恒温时间控制，原始数据的查询和导出，升温曲线显示，检定原始记录的打印等的许多功能。系统的检定步骤如下。

2 检定步骤

2.1 穿绝缘管及捆扎

将偶丝从保护套管抽出，在给新制热电偶穿上绝缘管前，先戴上特定的干净的手套，以防手中的物质污染偶丝。检定贵金属热电偶时，选择特定的贵金属卧式检定炉，热金管将标准偶和被检偶穿上孔径约为1mm的绝缘瓷管，露出部份套上塑料管。用铂丝将标准与被检热电偶捆扎成束，将所有的测量端对齐使之处于同一平面上，并且露出绝缘管约10mm，使被检热电偶沿标准热电偶均匀分布。检定廉金属时，标准偶必须还要套上石英管作为保护套管，以防标准偶被污染，廉金属的测量端也要和保护套管内的标准偶测量端对齐，并且露出绝缘管约20mm采用的捆扎线必须是特定廉金属捆扎偶丝，原则上必须选择卧式廉金属检定炉。

2.2 退火

根据检定规程的要求，新制的热电偶必须进行炉中退火。将退火炉的控温偶装好，热电偶在退火装置中设置退火炉的温度1100℃，将捆扎好热电偶的热电极穿上绝缘管后,放入专用退火炉的均匀的温场中，用石棉封住退火炉两端的炉口 ,从退火炉的温度达到1100℃时开始计时,2小时后关掉退火炉。待热电偶在退火炉中自然冷却后，从检定炉中拿出，准备下一步的检定工作。

2.3 开启硬件及装炉

打开数字多用表电源开关，低电势扫描开关电源开关、温度控制装置、微机显示器及主机电源开关预热至少半个小时以上。将已经捆扎好的热电偶束，放置于检定炉炉膛中央，通过检定炉配置的支架，调整热电偶测量端在检定炉内的位置，保证测量端与两端炉口的距离一样，和热电偶测量端处于炉膛横切面中央，既不过高也不过低，保证测量端不接触到炉壁。位置调整准确后，在检定炉的另一端将控温偶套上保护套管斜放入炉膛中央，使测量端接触到炉壁，另一端连接到温度控制装置。全部完成后用石棉塞紧封住两端的炉口，避免在检定的过程中炉内的温场受外界环境的影响，保证检定炉温场的波动性达到要求的范围。

2.4 参考端的处理

在热电偶露出检定炉部分用绝缘塑料套管套紧，同时对参考端做相应的处理。根据热电偶参考端的不同，系统设置了两种补偿方式一种是冰点补偿另外一种是自动补偿，在使用的过程中，可根据需要选择相应的补偿方式，使用冰点补偿时可这样进行:在冰点恒温器中埋入冰水混合物，将热电偶的参考端正负极与对应通道单芯铜导线的正负极联结好并用绝缘的塑料套管套紧，然后插入装有酒精的玻璃管中，保证参考端处于恒定的温场中，此时0℃作为参考温度。选择自动补偿方式时，将热电偶的参考端正负极与对应通道单芯铜导线的正负极联结好并用绝缘的塑料套管套紧，将系统配置的铂电阻处于热电偶参考端的周围以测热电偶参考端周围的环境温度，系统将从扫描开关的第9通道中读取铂电阻数据作为参考温度，然后根据检定规程进行数据处理。

2.5 启动检定软件设置参数

上述的步骤完成后，开始启动系统软件。点击点脑桌面TCM-6.exe，进入基本参数设置。点击“标准管理”项，在框中输入一等、二等标准偶的信息，包括锌、铝、铜点电势值，标准偶的检定日期、有效日期、证书编号等。点击“新建”，选择检定炉的类型:标准炉还是短型炉，哪支标准偶，被检热电偶的数量、补偿方式等，点击“确定”后，进入被检热电偶具体参数设置画面，选择被检热电偶的通道，对应地输入被检热电偶的信息如分度号、等级、偶丝直径、送检单位、生产厂、送检日期、有效日期等，输完后，点击“添加”进行下一支被检热电偶的信息设置，系统总共设置了9个通道，其中在自动补偿中的铂电阻占第9通道，剩下8个通道，再除去标准偶本身占的一个通道，系统一次总共可以检定热电偶的数量是7支。选择检定点，检定贵金属时，系统自动设置锌、铝、铜三点，也可以自定义选择检定点。检定廉金属时，根据检定规程，按照偶丝直径选择相应检定点。待所有信息填写无误后，再检查所有的的设备开启无误后，点击“确定”键，系统进入自动检定状态。

2.6 观察检定过程

系统进入自动检定状态后，进入升温曲线图画面，最开始出现的曲线是控温仪的状态曲线，在检定点附近时，出现标准偶的曲线，系统是根据检定炉内的情况在进行相应调整，以确保达到检定要求时进行数据采集，根据国家检定规程的要求，当炉温距离检定点0.2℃时，波动度在0.02℃/min系统方采样。画面左边是被检热电偶和标准热电偶的基本信息，画面右上角显示控制温度的状态，恒温时间控制，曲线细分。曲线图下方显示采集热电偶的数据，在画面下方显示通道的对应被检偶的信息。在检定过程中根据画面显示的信息和曲线判断系统的状态。系统出现异常时，可中途停止检定，在画面的右上方按“停止检定”键待检查完错误后，可恢复检定，再在点击“开始检定”。在使用的过程中可根据炉温情况，自行进行强制采样，强制采样数据完后，系统将会出现对话框自动询问“是否要保存数据”，选择“否”时，系统将不保留采集完的数据，并且重新进入恒温状态，此时可适当延长恒温时间。可画面的下方通道和对应被检偶的信息，来判断被检偶的接线情况。也可通过观察曲线图来判断系统是否出现异常。

3 系统的校准

为保证系统的准确性和可靠性，系统必须要符合校准规范JJF 1098-2003《热电偶热电阻自动测量系统校准规范》里面技术要求。在对系统进行校准前准备8位半8508A数字多用表，1mm单芯铜导线若干条和0.02级标准信号源，标准热电偶一支、被检热电偶一支。

扫描开关寄生电势的校准:将扫描开关的输入端分别用铜导线进行短接；用铜导线将扫描开关的输出端短接后接至8508A数字多用表的输入端；20min后将数字多用表清零，并剪断扫描开关输出端的短接线；依次切换扫描开关通道进行测量，每个通道停留60s；记录绝对值最大的电势值；断电5min后重复上述的动作，反复测量3次，取各通道3次测量的最大值为该通道的寄生电势值。

通道间数据采集差值的校准:将系统升至铜点，将扫描开关的输入端分别用铜导线短接后与信号源相连，在数字多用表上分别读取各个通道的采样值，反复测量3次，取各通道采集结果的平均值作为通道数据采集值，计算其中最大值为通道间数据采集差值。

重复性测试:将标准热电偶放进检定炉炉膛中央，将系统升至铜点，按系统正常运行连续测量三次，每次测完将系统降温50℃左右后重新升温，待恒温后记录数据，三次测量结果最大差值为。

测量数据结果验证:将被检热电偶与标准热电偶捆绑成束，放入检定炉检定，系统自动计算锌、铝、铜三点的示值误差，与人工根据检定规程计算的相差0μV1 μV满足校准规范的要求。

系统在投入使用前，经过试验校准与人工手动测量相比较，校准结果满足JJF 1098-2003《热电偶热电阻自动测量系统校准规范》里面扫描开关寄生电势0.4μV，通道间数据采集差值1μV， 系统的重复性1.5 μV的技术要求，达到相关的技术指标，系统具有比较高的准确性和可靠性。

4 结束语

CIMM-TCM-6热电偶自动检定系统实现了热电偶自动检定、数据存储、原始记录查询及打印等许多功能。系统具有比较高的准确性和可靠性，完全能满足工业热电偶量值传递的需要，具有操作简单，检定效率高等的特点，在工业企业中得到了很好的应用。

［1］JJF 1098-2003热电偶热电阻自动测量系统校准规范[S].

［2］李吉林,汪开道,张锦霞,蔡怀礼,编.温度计量[M].中国计量出版社.