热电偶自动检定系统

热电偶自动检定系统（精选5篇）

热电偶自动检定系统 第1篇

为了检定热电偶, 相应的检定装置被研制出来, 随着计算机的普及和数字式仪表的发展, 热电偶的自动检定系统有了很大的发展, 本文对其中的一些具体细节进行了探讨。

2 自动检定系统的组成和原理

2.1 系统的组成

传统的热电偶自动检定系统主要由热电偶检定炉、控温仪表、转换开关、数字多用表和计算机及相应的配套软件组成。

2.2 系统的原理

对热电偶的检定采用的是比较测温法, 其工作过程大致由两部分构成, 即控温过程、数据采集及处理过程。将被检热电偶和标准器捆扎好后放入热电偶检定炉中, 然后进行升温保温, 达到测量要求后, 数字多用表通过转换开关读取标准热电偶和被检热电偶的热电势值, 通过计算机计算误差值完成检定。

3 检定过程中若干问题的改进和探讨

3.1 三段控温提高检定炉温场

检定炉温场极大地影响着热电偶检定的准确性, 以K型热电偶为例, 根据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求, 检定炉在1000℃时中心轴向需要分别有60mm温差不超过1℃, 径向不超过1℃的温场, 由于工业用热电偶直径粗, 焊点大, 热电偶的捆扎对检定结果会有不小的影响。

为了克服单点控温给温场带来的局限性, 三段控温的热电偶检定炉被研制出来, 通过调试, 其温场可以达到200mm内0.5℃的温差, 可以大大提高检定的精度, 减小测量的不确定度。

3.2 控温系统和测温系统的整合

在传统的热电偶检定系统中, 控温系统和测温系统是分开的。由控温表和控温热电偶控制炉温, 升温到检定温度点附近后, 再读取标准热电偶的温度 (即炉内标准被检的实际温度) 进行控温稳定度的判定, 达到测量要求后开始进行测量。在实际检测中就会发现, 当控温仪表达到检测温度时, 炉内的实际温度通常还会有几十摄氏度的差距, 升温和温度的稳定可能还要需要半小时左右的时间, 这就造成检测时间长。这是由于控温仪表的PID参数是对控温热电偶而言, 标准热电偶由于和被检捆扎在一起, 由于热传递慢导致了滞后性, 所以可以将标准热电偶作为控温热电偶, 对PID参数进行重新调节整定, 可以较少升温和恒温的时间, 提高检测效率。

3.3 多路数据采集代替传统的转换开关加数表

在传统的检定系统中, 由数字多用表控制转换开关运转, 读取标准和被检的数据, 采用标准—被检1—被检2—…—被检N—被检N—…—被检2—被检1的顺序读取数据2次, 在一定程度上消除了读取过程中温度变化产生的影响, 但还是存在一定的误差。由于转换开关的特性, 一次转换和读取数据的时间在2秒左右, 当被检数量较多时, 读取的时间就比较长。

用多路数据采集卡 (如堆栈式数字测温仪) 同时读取标准和被检的数据就可以极大地消除上述误差影响, 也节约了测量的时间。

3.4 参考端温度的处理

热电偶的热电势与测量端温度和参考端温度有关, 参考端温度的准确性也极大影响热电偶检定的准确性。在检定规程中需要将热电偶的参考端放在冰点, 在实际操作中, 工业热电偶很难操作, 通常是将被测热电偶的参考端放置在一个恒温箱中, 测量恒温箱的温度进行温度补偿。但是恒温箱中, 温度的不均匀性也会给测量带来不小的误差, 通常在0.5℃以下, 相比Ⅰ级K型热电偶在400℃的允许误差±1.6℃来说已经算不小。

用热电偶补偿导线会是一个更好的选择, 热电偶补偿导线稳定性较好, 进行计量后得到相应温度点的误差值, 只需对测量结果进行相应的修正即可。

4 结语

工作用廉金属热电偶检定规程由于年代较为久远, 测量方法和设备要求已经落后于时代的发展。对上述问题的一些探讨, 可以有效地提高测量精度, 提高测量效率, 其中的一些方法已经在实际工作中使用, 得到了验证。

摘要：热电偶是基于赛贝克效应的测温元件, 由于其具有测量精度高、热响应时间快、测量范围大、性能可靠等特点, 是工业生产中最常用的温度传感器之一。热电偶在使用过程中易受到环境影响, 其热电特性会发生变化, 故为了保证测温的准确性, 必须根据国家检定规程和校准规范定期检定热电偶, 依此判定被检热电偶是否可以继续使用。

关键词：热电偶,自动检定系统,检定

参考文献

[1]JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程[S].

[2]JJF1098-2003热电偶、热电阻自动测量系统校准规范[S].

[3]国家技术监督局计量司1990国际温标宣贯手册[S].

[4]仝卫国.基于虚拟仪器的热电偶自动计量检定系统[M].微计算机信息, 2004.

[5]凌子松.热电偶热电阻温度自动检定系统[D].吉林大学, 2005.

[6]黄艳岩.Lab VIEW平台下工业热电偶自动检定系统[D].中国计量科学研究院, 2004.

热电偶检定规程 Word 文档 第2篇

中华人民共和国国家计量检定规程

JJG351

工作用廉金属热电偶

1996年8月23日批准

1997年3 月1日实施

国家技术监督局

目录

一技术要求

二 检定条件

三 检定项目和检定方法

四 检定结果处理和检定周期

附录

附录1 热电偶用补偿导线的检定方法

附录2 带补偿导线热电偶的检定方法

附录3 管式炉炉温温场测试方法

附录4 标准铂铑10—铂热电偶在 0∽1300℃附范围内，整百度的热电动势和温度对照表编制方法表

附录5 K、N、E、型热电偶热电动势允差表

附录6S、K、N、E、J、型热电偶整百度点，微分热点动势表

附录7 S、K、N、E、J、型热电偶分度表

附录8 廉金属热电偶检定记录格式

附录9 检定证书(背面)格式

工作用廉金属

JJG351-96

热电偶检定规程

代替JJG351-84

本检定规程经国家技术监督局于 1996 年 8 月 23 日批准，并自年 3 月 1 日起施行。

归口单位：辽宁省技术监督局

起草单位：沈阳合金股份有限公司

上海合金厂

本规程技术条文由起草单位负责解释。

本规程主要起草人：

邵树成(沈阳合金股份有限公司)

王振华

(上海合金厂)

参加起草人：

张家怡

(沈阳市计量测试技术研究所)

任春岩

(沈阳合金股份有限公司)

雷宗杰

(天津德塔控制系统有限公司)

1997

工作用廉金属热电偶检定规程

本规程适用于长度不小于750mm的新制造和使用中的分度号为K的镍铬-镍硅热电偶、分度号为N 的镍铬-镍硅热电偶、分度号为E 镍铬-铜镍热电偶、分度号为J的铁-铜镍热电偶(以下分别简称K、N、E、J、X型热电偶)在-40～

1300℃范为内的检定。

一

技 术 要 求

1热电极的名义成分如表1规定。

表1

热电偶名称 镍铬-镍硅(铝)③

热电极名称 镍铬 ① 镍铬 镍铬硅

镍铬硅-镍硅

镍铬 镍铬 ①

镍铬-铜镍

铜镍 ② 铁

铁-铜镍

注：①不同分度号两镍铬极不可互换；

②不同分度号两铜镍极不可互换；

③镍铬—镍硅采用镍铬—镍铝分度表。

铜镍 ②

负极 正极 负极 正极 负极

Ni 95.6 Si 4.4 Ni 90 Cr 10 Fe 100 Fe 100 Cu 55 Ni 45

极性 正极 负极 正极

名义成分(℅)Ni 90 Cr 10 Ni97 Si 3 Ni84.4 Cr14.2 Si1.4 2 不同等极热电偶在规定温度范围内，其允差应符合表2表定。

表2

热 电 偶 名 称

分度号

等 级 Ι

镍铬—镍硅(铝)

K

Ⅱ Ι

镍铬硅—镍硅

N

Ⅱ

镍铬—铜镍

―40～1300 ―40～800 ―40～900 ―40～750 ―40～750

±2.5℃或±0.75℅t ±1.5℃或±0.4℅t ±2.5℃或±0.75℅t ±1.5℃或±0.4℅t ±2.5℃或±0.75℅t

Ι Ⅱ Ι

铁—铜镍

J

Ⅱ

注：①允差取大值；②t为测量端温度。

―40～1300 ―40～1100

±2.5℃或±0.75℅t ±1.5℃或±0.4℅t

测量温度范围(℃)―40～1100

允

差① ±1.5℃或±0.4℅t②

E 热电偶的外观应满足下列要求：

3.1 新制热电偶的电极应平直、无列痕、直径应均匀；使用中的电偶的电极不应有严重的腐蚀和明显缩径等缺陷。

3.2热电偶测量端的焊接要牢固、呈球状，表面应光滑、无气孔、无夹渣。

二

检 定 条 件

4标准器

4.1 一等、二等标准铂铑10—铂热电偶各1支。

4.2 测量范围为：―30～300℃的二等标准水银温度计一组，也可选用二等标准铂电阻温度计。5

仪器设备

5.1低电势直流电位差计一套，准确度不低于0.02级﹑最小步进值不大于1μV,或具有同等准确度的其他设备。

5.2多点转换开关，寄生电势不大于1μV。5.3参考端恒温器，恒温器内温度为(0±0.1)℃。5.4油恒温槽，在有效工作区域内温差小于0.2 ℃。5.5管式炉,其长度为600 mm ,加热管内径约为40 mm。

5.5.1管式炉常用最高温度为1200℃，最高均匀温场中心与炉子几何中心沿轴线上偏离不大于10 mm ；在均匀温场长度不小于60 mm，半径为14 mm 范围内，任意两点间温差不大于1 ℃。

5.5.2为保证管式炉温场符合检定要求,可在炉中心置一耐高温恒温块。5.5.3均匀温场测试方法见附录3。5.6控温设备，应满足检定要求。5.7热电偶测量端焊接设备。5.8钢卷尺、游标卡尺。

5.9读数望远镜或3～5倍放大镜。6电测设备环境条件应符合使用条件。

三

检 定 项 目 和 检 定 方 法 热电偶的几何尺寸与外观，用钢卷尺、游标卡尺和目力检查，应符合要求。8 经外观检查合格的新制热电偶，在检定示值前，应在最高检定点温度下，退火2 h 后，随炉冷却至250℃以下，使用中的热电偶不退火。热电偶的示值检定温度，按热电偶丝材及电极直径粗细决定，如表3所示。10

300℃以下点的检定，在油恒温槽中，与二等标准水银温度计进行比较，检定时油槽温度变化不超过±0.1℃。

10.1 将热电偶的两电极分别套上高铝绝缘瓷珠,约50 mm左右,尾部穿塑料套管,并在尾端露出20 mm左右,以连接参考端引线。

10.2 热电偶参考端的引线，应使用同材质的铜导线进行连接，接触要良好，铜导线在20℃时的电阻率应小于0.01724μΩ·m。

10.3 在热电偶的测量端套上玻璃保护管，插入油恒温槽中，插入深度不应小于300 mm，玻璃管口沿热电偶周围，用脱脂棉堵好。

10.4 将热电偶的参考端插入装有变压器油或酒精的玻璃管或塑料管中，再分散插入冰点恒温器内，插入深度不应小于150 mm。

表3

电 极 直 径

分度号

(mm)0.3 K或N

0.5 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5

3.2

0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 E

1.6 2.0 2.5

3.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.2 J

1.6

2.0 2.5

3.2 ＊括号内的检定点，可根据用户需要选定。

(100)200 400 500(100)200 400 600

(℃)400 600 700 400 600 800 400 600 800 1000 400 600 800 1000(1200)＊

300 400(100)200 400 600(200)400 600 700 100 200 300 100 200 400 检 定 点 温 度 300℃以上的各点在管式炉中与标准铂铑10—铂热电偶进行比较，其中，检定Ι极热电偶时，必须采用一等铂铑10—铂热电偶。

11.1 将标准热电偶套上高铝保护管，与套好高铝绝缘瓷珠的被检热电偶用细镍铬丝捆扎成圆形一束，其直径不大于20 mm，捆扎时应将被检热电偶的测量端围绕标准热电偶的测量端均匀分布一周，并处于垂直标准热电偶同一截面上。11.2 将捆扎成束的热电偶装入管式炉内，热电偶的测量端应处于管式炉最高温区中心；标准热电偶应与管式炉轴线位置一致。

11.3 管式炉炉口沿热电偶束周围，用绝缘耐火材料堵好。

12检定顺序，由低温向高温逐点升温检定，炉温偏离检定点温度不应超过±5℃。

检定时连接线路图

13检定时连接线路如图所示，直接测量标准与被热电偶的热电动势。

当炉温升到检定点温度，炉温变化小于0.2℃/min时,自标准热电偶开始,依次测量各被检热电偶的热电动势。

测量顺序如下：

标

被

1被被n

标

被1

被2

被n

读数应迅速准确，时间间隔应相近，测量读数不应小于4次，测量时管式炉温度变化不大于±0.25℃。量时将所有测量数据填写在检定记录表上(见附录8)15 检定时被检热电偶的热电动势误差△et计算方法： 15.1 300℃以下热电动势误差△et用下式计算：

△et = ē被 + S被·△t检200.15 =-0.15 ℃

从检定分度表查得,在200℃时热电偶的热电动势值和微分热电动势:

e分 = 13.421 mV S被 = 0.074 mV

则可计算出△e200即:

△e200 = ē + S被·△t0.15)4.45367·△E2 + 0.981667·△E3

b =-0.0108956·△E1 + 0.0147221·△E24.74785·△E2 + 0.87205·△E3

b =-0.0122166·△E17.9

= 11943(μV)

热电偶自动检定系统 第3篇

数学模型

根据规程, 检定点测量结果的数学模型为

灵敏系数为

式中: E被 ( t ) 为被检K型偶在检定点上的热电势值, m V;为被检K型偶测得的热电势算术平均值, m V; E证 ( t ) 为标准偶证书在检定点上给出的热电势值, m V;为检定时标准偶测得的热电势算术平均值, m V; S标 ( t ) 为表示标准偶在检定点上的微分热电动势, μV/℃; S被 ( t ) 为表示被检K型偶在检定点上的微分热电动势, μV/℃。

不确定度评定

被检偶带来的不确定度的评定

带来的不确定度, 其主要方面为被检偶的重复性测量、数字表的测量误差、检定炉温场不均匀性、测量过程炉温的波动、参考端温度不为0℃以及转换开关寄生热电势。

被检偶测量的重复性带来的不确定度

按A类不确定度, 在400℃稳定条件下对被检热电偶重复测量10 次, 数据为16.423m V、16.432m V、16.425m V、16.428m V、16.430m V、16.424m V、16.425m V、16.430m V、16.433m V、16.423m V, 根据贝塞尔公式得到平均值的实验标准偏差, 则测量重复性带来的不确定度为

数字表带来的不确定度

本系统使用的数字表为吉时利2182A纳伏表, 允许基本误差:± (30×10- 6× 读数+4×10- 6× 量程) (100m V档) , 区间半宽度a为 (30×10- 6× 读数+4×10- 6× 量程) , 认为均匀分布, , 400℃时K型热电偶的热电势为16.397m V, 则

检定炉温场不均匀性带来的不确定度

根据JJF 1184 - 2007《热电偶检定炉温度场测试技术规范》要求, 廉金属热电偶检定炉均匀温场长度为60mm, 在均匀温场内任意两点温差不超过1℃, 其半宽度为0.5℃, 认为均匀分布, , 400℃时K型热电偶的微分热电势为42.241μV/℃, 则

测量过程炉温波动带来的不确定度

该系统检定炉恒温特性指标为0.5℃ /6min, 当群炉热电偶自动检定系统恒温性能达到指标时, 开始数据采集, 采集过程中炉温变化不超过0.1℃ /min, 采集完全部热电偶4次读数的时间不超过4分钟, 即炉温变极端化为0.4℃, 即半宽度为0.2℃, 认为按反正弦分布, , 则

参考端温度不为0℃带来的不确定度

热电偶参考端 (0℃) 用冰点器, 本实验用冰水混合物作冷端恒温按经验其偏差值不大于0.2℃, 半区间为0.1℃, 按均匀分布, , 400℃时K型热电偶的微分热电势为39.45μV/℃, 则

转换开关寄生热电势带来的不确定度

转换开关寄生热电势允许误差为 ±0.2μV, 半区间为0.2μV, 按均匀分布, , 则

被检偶带来的不确定度

E证 (t ) 带来的不确定度u (E证) 的评定

E证 (t ) 带来的不确定度u (E证) 主要为是一等标准S热电偶传递的不确定度和一等标准S偶的年稳定性。

一等标准S偶传递带来的不确定度u (E证1)

依据国家检定系统表, 一等标准S偶传递的不确定度为0.6℃, 按正态分布, 取, 400℃时S型热电偶的微分热电势为9.568μV/℃, 则:

一等标准S偶年稳定性带来的不确定度u (E证2)

一等标准S偶年稳定性以铜点的热电动势变化决定, 合格期内的一等标准铂铑10 -铂热电偶在铜点的热电动势变化不大于5μV, 半区间为2.5μV, 均匀分布, , 则:

E证 (t ) 带来的不确定度u (E证)

标准偶带来的不确定度的评定

带来的不确定度, 其主要方面为标准偶的重复性测量、数字表的测量误差、检定炉温场不均匀性、测量过程炉温的波动、参考端温度不为0℃以及转换开关触点寄生热电势。

标准偶测量的重复性带来的不确定度

按A类不确定度, 在400℃稳定条件下对标准热电偶重复测量10 次, 数据为3.226m V、3.231m V、3.228m V、3.230m V、3.229m V、3.231m V、3.232m V、3.228m V、3.227m V、3.230m V, 根据贝塞尔公式得到平均值的实验标准偏差, 则测量重复性带来的不确定度为:

数字表带来的不确定度

本系统使用的数字表为吉时利2182A纳伏表, 允许基本误差:± (30×10- 6× 读数+4×10- 6× 量程) (100m V档) , 区间半宽度a为 (30×10- 6× 读数+4×10- 6× 量程) , 认为均匀分布, , 400℃时S型热电偶的热电势为3.259m V, 则

检定炉温场不均匀性带来的不确定度

根据JJF 1184 - 2007《热电偶检定炉温度场测试技术规范》要求, 廉金属热电偶检定炉均匀温场长度为60mm, 在均匀温场内任意两点温差不超过1℃, 其半宽度为0.5℃, 认为均匀分布, , 400℃时S型热电偶的微分热电势为9.568μV/℃, 则

测量过程炉温波动带来的不确定度

该系统检定炉恒温特性指标为0.5℃ /6min, 当群炉热电偶自动检定系统恒温性能达到指标时, 开始数据采集, 采集过程中炉温变化不超过0.1℃ /min, 采集完全部热电偶4 次读数的时间不超过4min, 即炉温变极端化为0.4℃, 即半宽度为0.2℃, 认为按反正弦分布, , 则

参考端温度不为0℃带来的不确定度

热电偶参考端 (0℃) 用冰点器, 本实验用冰水混合物作冷端恒温按经验其偏差值不大于0.2℃, 半区间为0.1℃, 按均匀分布, , 0℃时S型热电偶的微分热电势为5.403μV/℃, 则

转换开关寄生热电势带来的不确定度

转换开关寄生热电势允许误差为 ±0.2μV, 半区间为0.2μV, 按均匀分布, , 则

标准偶带来的不确定度

合成不确定度

以400℃检定点为例, 灵敏系数为

扩展不确定度

取估计值的置信概率为95%, k=2, 则

同理, 用上述方法可以得到其他不同整百度点的扩展不确定度。

测量结果与结论

该被检热电偶在400℃检定点测量结果为400.4℃, 扩展不确定度为1.2℃, k=2。

经过上述不确定度的评定, 得到对该系统不确定度贡献较大几个因素。因此, 为了更好的使用该系统进行检定, 检定炉和标准偶要纳入周期管理, 定期检定, 此外标准偶还应按照相关规程进行期间核查。

观点建议

通过工作和新闻报道, 个人认为我国科技发展薄弱环节还是很多, 武器装备的发展受制于人, 材料的研制跟不上现代工业的发展;加工工艺水平低下;仪器仪表发展缓慢, 除了价格优势, 几乎无法同国外产品相比。再说说计量行业, 虽说有计量法, 可是老百姓、企事业单位谁能重视计量这个基础学科?就连一些计量机构的检测结果都无法让人信服。但是我国的高科技发展还是很快的, 一些顶尖科学不落后于发达国家, 但是如何把高科技转化为促进国民经济发展的动力还需要做更多的努力。

信号发生器自动检定系统 第4篇

针对信号发生器具有频率范围宽、分辨率高、输出动态范围大、准确度高、平坦度好、频谱纯度高、调制能力强等特点,且国内普遍采用手动的测量方法对信号发生器进行检定,测量费时费力,本文设计开发了信号发生器自动检定系统。文中详细介绍了系统软硬件的设计方法;信号发生器和系统的自动控制问题的解决方案;面向多型号仪器、多参数测量、标准仪器可替换性的实现;采用程控开关单次连接实现全部参数的自动测量;采用误差理论和计算机自动修正技术,确保测量准确度;数据库的采用使系统具有较好的自动化、智能化水平。

1 系统设计概述

信号发生器自动检定系统采用计算机控制,实现对多型号信号发生器的自动检定。该自动系统组成如图1所示,系统通过加配HP3488程控开关来自动切换时基信号和射频信号,使该系统通过一次或两次连接就能实现多种参数的全自动测量。图1中以个人计算机作为系统控者,它内部配备了GPIB接口卡且具有面向GPIB测量的专用软件和高级语言接口,在Windows 98/2000/XP环境下采用虚拟仪器语言LabWindows/CVI 作为开发平台,联调被检的信号发生器(多种型号)、Agilent53132/53152频率计、HP436A功率计(HP8481A/HP8482A/HP11792A功率探头)、HP8902ATS测量接收机系统(HP11722/HP11792功率传感器;HP11793A微波变频器;HP83732B本振信号发生器)、HP8903B音频分析仪、HP8563EC/AgilentE4440A频谱分析仪、HP81110脉冲信号发生器、HP54750A取样示波器及HP3488程控开关,实现信号发生器多参数的自动测试。测试参数主要包括:

1)频率准确度(同时基);

2)内晶振频率准确度(不同时基);

3)RF电平准确度;

4)低RF电平准确度;

5)RF电平平坦度;

6)最大稳幅功率电平;

7)谐波失真;

8)非谐波失真;

9)单边带相位噪声;

10)内调幅准确度;

11)内调幅失真;

12)内调频准确度;

13)内调频失真;

14)内调相准确度;

15)内调相失真;

16)直流调频频率偏差;

17)脉冲调制开关比(外脉冲);

18)脉冲上升/下降时间;

19)频率准确度(不同时基)。

目前使用该系统进行自动检定的信号发生器已有四十多种,主要包括: HP8656/57系列、HP83731/32/11/12系列、AgilentE442X系列、R&S的SMR系列和SML系列等。

2 系统关键功能的实现

2.1 系统的同步控制

实现信号发生器自动检定的一个关键就是实现系统的同步控制。为了获得正确的测量结果,必须保证系统同步工作,这要求除了正确处理好测量方法外,还要在实践中研究摸索正确的程控命令发送序列。一方面充分利用仪器自身的同步、触发、等待等命令,另一方面利用高级语言的功能来实现对仪器状态的判断及等待,使系统在计算机控制下有序地进行命令、数据的传递和交换,而不发生冲突混乱,同时还可最大效率地实现仪器的功能。

同时在调试联试中发现,有些内部固化的仪器命令和程序存在缺陷,使指令的响应产生错误。如:当一次扫描并没有完成时,计算机误以为完成并继续下面的工作而产生错误。我们采取两种方法来解决此问题。一种是当计算机产生故障后,在出故障的地方让计算机延时等待,以使整套系统同步工作。这种方法带来的问题是不能确定等待时间的长短,更不能有效防止类似问题的发生;另一种是在不断的实验过程中发现,在一些命令的发送之后就进行状态的读取,换句话说就是让系统在收发命令、送取数据的过程中实现动态平衡,是解决系统同步问题非常有效的办法。程控的最大特点就是快速,但要在确保准确度的前提下进行。例如:功率计在触发读数以后,数据有一响应稳定的过程,计算机无法自动判断,这样就会带来测量误差。所以在程序中采用循环加判断,即计算机两次采样读数的差值在0.01 dB之间,认为功率计已经稳定,此时计算机可以读取数据,以保证数据准确可靠地传输。又如:我们在用8902接收机测量电平准确度时可用人为监控的方法来保证系统正确的校准。

2.2 系统的兼容性

系统的兼容性主要包括三方面的含义。从系统的服务对象来讲,主要指被检信号发生器的多型号;从系统完成的功能考虑,主要指信号发生器多参数的性能检测。从系统组成来讲,主要指标准仪器的可替换性。系统的兼容性是由软件的辅助设计来保证实施的。

2.2.1 多型号

在软件设计过程中最主要、最直接的问题就是多型号。

虽然现代信号发生器都带有GPIB接口,这使得利用自动化测试技术实现信号发生器的自动检定成为可能,但是不同厂家生产的信号发生器,甚至于同一厂家生产的不同型号的信号发生器,其内部固化的仪器命令不尽相同,而且数据处理的方法和途径也不同。虽然目前国际上多数仪器生产厂家均约定采用SCPI标准格式的程控指令,即使这样,由于某些功能的SCPI格式允许有多种表示,而一些厂家的命令在设计时只支持一种,所以还不能真正统一,给用同一个程序控制不同型号仪器的自动检定带来麻烦。程控命令的不同导致不同仪器的控制采用不同的命令字符串,我们采用统一各型号仪器命令的方法,建立信号发生器程控仪器命令库来统一指挥,授命各型号仪器。当新增新型号信号发生器时,程序能自动生成信号发生器程控仪器命令库,缺省命令为符合SCPI标准格式的程控指令。经过修改确认后提交系统,系统将自动建立该型号仪器的程控命令与统一仪器命令的对应关系。

2.2.2 多参数

在参数测量方面,系统建立了完整的参数数据库,包括:频率准确度(同时基)、内晶振频率准确度(不同时基)、RF电平准确度、低RF电平准确度、RF电平平坦度、最大稳幅功率电平、谐波失真、非谐波失真、单边带相位噪声、调幅(1)准确度、调幅(1)失真、调幅(2)准确度、调幅(2)失真、调频(1)准确度、调频(1)失真、调频(2)准确度、调频(2)失真、调相(1)准确度、调相(1)失真、调相(2)准确度、调相(2)失真、直流调频频率偏差、脉冲调制开关比(外脉冲)、脉冲上升/下降时间、频率准确度(不同时基)。不同型号的信号发生器性能不同,在测量范围和测量准确度方面存在着较大的差别。我们根据具体的指标要求,以相同的格式,不同的测量数据来构成26个测量参数的数据库。同时,被测信号发生器测试项目由信号发生器型号和选型决定。考虑到不同选型对参数的影响,建立了不同型号信号发生器选型对参数影响对照表。对照表中选型对参数的影响分为增加功能和改善指标两类,增加功能的选型影响被测信号发生器测试项目,改善指标的选型则改变测试项目的指标而不影响测试项目。考虑到不同选型对同一参数的影响,采取了型号带选型作为新仪器型号建立指标数据库。如SMR20信号发生器中B11选型,既增加功能又改善指标,在实现过程中,分别建立了SMR20和SMR20(B11)的指标数据库。而其他选型则在指标数据库内部实现。同时我们还建立了型号(全选型)和测量参数的对照表。系统可以由程序自动识别仪器的型号(选型),并选择合适的参数数据库进行自动测量。完备构思的参数数据库的有效建立,真正实现了数据控制的动态管理。

同时,在测量过程中发现,对不同指标要求的仪器的同一个参数进行测量,如果采用相同的测量方法会对测量速度和测量结果准确性产生影响。我们采用定义关键参数,采取不同的测量方法来解决这个问题。这样既保证了测量准确度,又不影响测量速度。

2.2.3 标准仪器的可替换性

系统软件面向测量接收机、音频分析仪、信号发生器、微波变频器、功率计、频谱分析仪、开关矩阵(可选)、频率计、脉冲信号发生器、数字示波器等标准仪器,对它们的控制和编程均用了模块化设计,为方便地选择标准仪器提供了前提条件。本系统通过建立统一的频率计、频谱分析仪、本振信号源的程控命令库,实现了标准仪器的可替换性。例如:频率计53132/53152的可替换性、频谱分析仪8563/E4440的可替换性、本振信号源83732/SMR20/83620的可替换性。

对于一些复杂功能,我们利用基本指令获得数据结果,由计算机进行数据处理,建立统一的数学模型,获得该功能的数据结果。总之,系统兼容性的设计使得具有不同程控命令的新仪器,只要输入简单的命令就可以进入系统进行测试。统一的程控命令库和数学模型实现了同一程序对多种型号仪器的控制,且程序结构开放。

2.3 自动信号处理和误差修正,提高测量准确度

该系统将测量理论与计算机技术相结合,通过计算机对采集的数据进行分析和处理,使测量速度更快,并确保了测量准确度。

HP436A功率计是测量功率电平准确度、平坦度指标的标准仪器,与其配套使用的功率探头有:HP8481A、HP8482A、HP11792A。HP436A功率计在自动状态下的测量值是校准因子为100%时的读数,由校准因子带来的测量误差须通过计算机进行修正。本文系统的程序中有对应探头型号、序号的校准因子建立、查看、修改表,表中根据定义的频率填写校准因子。根据该表数据,计算机按以下公式计算任一频率处的校准因子,并修正功率计的读数。这样可以获得更高的测量准确度。

频率为f2<f<f1时校准因子计算公式为

factor(f)=factor(f1)+

$(f-f{}_1)\frac{\text{f}\text{a}\text{c}\text{t}\text{o}\text{r}(f{}_2)-\text{f}\text{a}\text{c}\text{t}\text{o}\text{r}(f{}_1)}{f{}_2-f{}_1}$

HP436A功率计的读数修正公式为

$A=A^{\prime }-10\lg (\text{f}\text{a}\text{c}\text{t}\text{o}\text{r}(f))$

信号发生器自动检定系统中增加了HP3488A开关矩阵、适配器及电缆,完成信号发生器多性能技术参数单次(二次)连接的全自动测量。这必然引入HP3488A开关矩阵、适配器及电缆在不同频率响应时的插入损耗,因此影响信号发生器幅度特性的测量。系统在100 kHz～18 GHz频率范围选取测量频率点(最大频率间隔200 MHz),HP436A功率计在定义的频率处,分别测量信号源和信号源加HP3488A开关矩阵、适配器、电缆的功率电平A1和A2,则该频率点的插入损耗的修正为δ=A1-A2。整个过程均在计算机的控制下自动完成。

程控开关通路任意频率处插入损耗的修正方法参照修正功率计校正因子的方法。

频率为f2<f<f1时误差修正值δ计算公式为

$\delta =\delta (f{}_1)+(f-f{}_1)\frac{\delta (f{}_2)-\delta (f{}_1)}{f{}_2-f{}_1}$

功率计或测量接收机的读数修正公式为

$A=A^{\prime }+\delta$

同时,在进行小信号测量时,采用多次测量取平均的方法来减少噪声对测量的影响。

2.4 单次或两次连接实现信号发生器的全自动检定

为实现系统单次或两次连接完成信号发生器的自动检定,必须在系统中加配程控开关。本文采用HP3488程控开关,其中用四个44476开关切换RF信号(如图2所示),用一个44472开关切换时基参考信号。同时设计了射频信号的转接板,并采用音频信号的转接板实现系统的连接。

射频信号的切换包括:被测量信号发生器的输出、功率计输入、接收机输入、频谱分析仪输入、频率计输入、取样示波器输入。

时基信号的切换包括:被检信号发生器时基输出、频谱分析仪时基输入、频率计时基输入、频率计的信号输入。

此外该系统实现了更广义上的全自动测量:一方面指实现面向多型号多参数的自动测量(单次、二次连接),另一方面指实现被检信号发生器手动、自动、部分参数自动各状态的兼容。

本系统在检定开始以前,可以选择测量方式。系统中有五种测量方式供选择,它们是:“自动+开关”、“自动”、“DUT自动+库手动”、“DUT手动+库自动”、“DUT手动+库手动”,这些功能的选择使该系统能够测量无GPIB接口和GPIB接口功能损坏的信号发生器。本系统还有“用户定义测量参数”的功能,用来满足用户的特殊测量要求,自动建立测量参数,它是测量参数数据库的补充,对工程测量和校准具有特殊意义。

3 系统软件设计

在Windows 98/2000/XP环境下采用虚拟仪器语言LabWindows/CVI 作为开发平台,实现了多型号信号发生器多参数的检测。经过近几年的发展,LabWindows/CVI开发环境已经在仪器开发和系统集成方面发挥了重要作用。它已成为集应用程序开发、测试、查错等功能为一体的集成开发环境,在开发传统的应用测试程序方面,尤其是仪器的系统集成方面有着无比的优越性。同时它能快捷方便地形成各种友好的界面,充分利用链接、嵌入技术和自身数据库开发环境,使得程序功能更丰富。

系统软件设计总框图如图3所示。系统软件由“系统预置”、“检定项目”、“系统功能”、“帮助”四大模块组成。

“系统预置”模块完成信号发生器检定系统检定工作开始前的所有准备工作,包括系统的初始化、系统参数预置、系统功能正常性的检查、测量基本信息的获取等。 “检定项目”模块完成26个项目的检定,通过型号和序号程序自动确定待检项目,用户根据需要可以选择自动或手动等五种测量方法,测量的数据可以自动存取。“系统功能”模块的功能设计使得信号发生器检定系统的功能更强大,自动化、智能化水平更高,完成了各类数据的查询、报告的生成、数据和报告的打印、自动添加新型号的信号发生器、自动添加新型号的标准仪器以及程控开关插损的自动修正和实时验证、系统性能重复性和稳定性的自动验证等。同时系统还编制了“帮助”文件,界面友好,信息齐全,用户只要轻松阅读,就能正确使用该软件的所有功能。

4 应用前景及建议

信号发生器自动检定系统的开发与实现,使得原来两个专业测量工程师一天的工作现在只需一个普通操作人员2小时就能完成,大大节约了测量时间,提高了工作效率,有利于标准仪器及被检仪器的充分利用。其自动的数据处理和误差修正功能,确保了测量准确度;完备的数据查询和管理功能,更方便、可靠地反映了测量结果;齐全的系统功能设计,使系统具有较高的自动化、智能化水平。系统充分考虑软、硬件设计结构开放,使系统具有较强的兼容性、实用性和推广价值。多型号信号发生器自动检定系统的实现,从整体上提高了计测水平、保证了质量。它是同类多型号多参数微波仪器计量开发工作的尝试,对其他仪器的自动检测系统的开发具有普遍的指导意义。

摘要：信号发生器自动检定系统通过系统配置、硬件设计、系统及测量软件的编制和调试、误差分析与处理,实现了频率达到26.5 GHz射频、微波合成信号发生器性能的全自动检定。单次连接可完成频率、功率、调制、频谱纯度、失真等26个参数的全部自动检定,并兼容手动、半自动、全自动的状态;已完成的被检信号发生器的型号有四十余种,且系统可以实时自动添加;系统的标准仪器配置设计结构开放,可方便替换;系统运行高速、准确、可靠。系统良好的兼容性、适应性和实用性,使系统具有较强的推广应用价值。该信号发生器自动检定系统可广泛应用于计量技术机构的信号发生器的自动检定。该系统的建立是计量检定工作的发展方向,同时对射频、微波仪器实现计量检定的自动化有着普遍的指导意义。

关键词：信号发生器,自动,检定

参考文献

[1]马恒儒,岳峰,宋素秀.无线电电子学计量[M].北京:原子能出版社,2002.

[2]汤世贤.微波测量[M].北京:国防工业出版社,1991.

定量包装机自动检定系统 第5篇

定量包装机是一种通过自动称量方式，将散装物料分成为预定的，实际上是相对恒定质量的装料或载荷的装料衡器，通常这些装料或载荷保持相互分离状态。装料衡器主要包括一个或多个称重单元和与其关联的一个或多个自动给料装置，以及相应的控制装置和出料装置。装料衡器广泛应用于各行业对散装物料的定量称量。

按照JJG564-2002重力式自动装料衡器(定量自动衡器)检定规程，定量包装机通过对其包装好的物料通过分离检定法或集成检定法进行检定，从而确定包装机的准确度等级。按照规程中预设值Mp的要求，其物料检定过程中的装料次数要求如下：

按照该表要求，对应不同的装料预设值Mp，得到相应次数的物料，对物料进行计算，计算出物料的平均值、各装料值的偏差，并得到最大偏差md，以及预设值误差se。然后通过查表的方法，得到对应预设值X (1) 级的包装机的最大允许误差的mpd和mpse，通过计算相应的md/mpd和se/mpse以及与其参考准确度等级比较，取其中最大者从而确定包装机的准确度等级。

通过以上检定过程的描述，可以看出定量包装机的数据处理量是相当大的，不仅要对数据进行相应处理，还需查表计算相应的允许误差。这么大的数据量，如果仅仅依靠简单的计算工具计算，需要耗费大量的时间和精力，并且很容易出现差错。若按照计量检定证书的要求，还必须有另外一个核验人员核验后才可以出具证书，那么核验人员又必须重复计算一次数据，又必须耗费核验人员大量的时间精力。如果一年中有大量的包装机业务，那么耗费的时间和精力是惊人的。因此，利用当前的通信技术和软件技术对定量包装机的自动检定系统进行开发尤为重要和迫切。

2 定量包装机自动检定系统

定量包装机自动检定系统主要由数据采集、数据处理和后期证书以及原始记录处理系统三部分组成，其关系如下：

数据采集→数据处理→证书记录生成

数据处理系统包括联机和脱机模块。联机部分主要是利用控制衡器与电脑通过通信端口连接，从而将采集到的数据传送到电脑接收。目前，一般控制衡器都配有串口传输数据，通过选择相应的COM口，根据仪器的参数进行配置波特率、数据位、校验码、停止位等参数，通过RS232协议与电脑连机。设置好的配置将保存到本地，从而可以自动调用。对于无法采用控制衡器与电脑联机的定量包装机，可以直接进入脱机部分，通过现场录入数据，完成数据的采集。

数据处理系统是本套软件的核心部分，主要包括三个部分：采集数据处理、查表计算和数据处理计算。其程序结构如下：

以上是数据处理的流程，在数据处理的过程中，应考虑一些行业对于定量包装商品的净含量要求，从而帮助企业控制包装质量，同时保护消费者的权益。通过软件对数据处理，原本需要耗费大量时间精力的计算由软件瞬间完成，既节省了大量检定人员的时间，又保证了数据的准确可靠，极大地提高了工作效率。

3 检定证书的记录处理

检定工作完成后，需对检定合格的仪器发放检定证书。传统的计量工作都是将数据记录在纸张上完成原始记录，然后通过相应人员录入电脑并进行排版，从而生成客户需要的证书并按照相应的规定保存原始记录。这个过程同样需要检定人员的录入整理，需要占用大量的时间和纸张。通过软件的进一步扩展开发，我们将这些工作全部由软件处理完成，在处理完数据以后，按照相关文件要求，直接生成电子原始记录和按照相关格式生成证书，并通过打印功能直接打印出原始记录和仪器证书。在一些单位，如果有相应的网络系统和证书处理系统，可以将软件与其系统结合，将数据上传至服务器实行电子化保存，从而节省纸张，同时将证书纳入统一管理，真正做到智能一体化。

4 结语

定量包装机自动检定系统的软件开发，极大地便利了检定人员的检定工作，将数据采集，数据处理以及数据保存和证书记录处理结合起来，让原本需要耗费大量计算时间和精力的工作变得极其便利。通过对软件扩展的开发，将证书记录处理系统同时实现，从而让软件不仅仅只是一个计算工具，而是一个完整的系统，可以独立应用。这也让该软件有了商业推广和应用的价值。

参考文献

[1]国家质量监督检验检疫总局.JJG564-2002重力式自动装料衡器 (定量自动衡器) 检定规程[S].中国计量出版社, 2002 (11) .

[2]全国衡器计量技术委员会.重力式自动装料衡器宣贯教材[M].中国计量出版社, 2004.