1590超级测温仪自动测试系统的开发

廖 艳，陈桂生，赵 晶，付志勇，朱育红

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

1590超级电阻测温仪（以下简称1590）是美国福禄克公司生产的具有1×10-6最高测量准确度，2s测量速度的测温仪，主要用于高准确度的温度测量。

然而该仪器在应用中还存在一些不足：（1）1590在测量过程中需要通过操作面板上的按钮来设置参数，其测量数据需要操作员手动记录，工作效率较低；（2）1590采用的软盘存储设备已经被淘汰，使之不能与当前的计算机兼容，因此无法保存历史测量数据，不利于数据的保存和研究分析；（3）1590的图形界面只能显示一个通道的测量数据曲线，并且没有温度/电阻和时间坐标显示，只能观察到曲线的变化趋势，无法同时观察多个通道的数据曲线。

针对这些不足，该文研究开发了基于1590的自动测试系统。该系统将1590通过RS-232接口直接连接到PC机（上位机）上，开发控制和数据处理分析软件实现自动操控。该软件能够同时显示多个通道的测量数据曲线和数据统计分析结果，图形化观察恒温槽内各点的温场分布情况，实时分析测量数据及自动保存测量数据和处理结果。该系统适用于高精密铂电阻温度计的校准，固定点容器温坪的监控和分析，高精密恒温槽、干井炉、定点炉的温度场分布的测量和分析评估等高准确度的温度测试校准工作。

1 系统结构

该自动测试系统包括计算机、1590超级测温仪、2590扫描开关、铂电阻温度计、设备控制软件和数据采集处理软件，系统结构如图1所示。其工作流程是：上位机首先进行串口通信配置，然后设置1590测量参数；测量过程中1590测温仪与上位机通过RS-232串口进行通信，上位机向下位机发送控制命令，并对从下位机接收到的测量数据进行相应的处理和存储。

2 系统软件设计

2.1 软件功能结构

软件主要功能包括串口通信配置、电阻测温仪参数设置、测试任务管理和数据查询分析，软件功能结构如图2所示。

2.1.1 基本设置模块

基本设置模块包括串口通信配置和1590参数设置。串口通信配置主要完成RS-232串口通信协议的配置，包括端口设置、波特率设置、数据位、奇偶校验、停止位及握手协议设置[1]。1590参数设置模块主要负责通道设置、采样设置、存储设置、传感器设置、显示设置、系统设置的管理。

图1 系统结构图

图2 软件功能结构图

2.1.2 测试任务管理模块

该管理模块可实现固定点容器温坪监控和分析，高精密铂电阻温度计校准处理，定点炉、恒温槽以及干井炉的温场测量。

（1）固定点容器温坪监控模块[2]。该模块主要完成整个温坪监控、温坪回升报警提示以及温坪曲线的分析。程序开始后根据输入的信息自动获取相应通道的测量数据，绘制温度/电阻-时间曲线，并自动保存测量数据。在固定点容器降温阶段程序自动判断温度是否过冷回升，当监测到连续3个采样温度值持续上升，表示容器内温度开始回升，系统报警，提示操作员进行温度回升后的相关处理。当测量值的变化小于0.5mK/10min时温坪开始，程序进入温坪分析曲线界面，通过该界面可以清楚地观察此次温坪变化的数值和数据分析统计。

采用该软件绘制的温坪曲线既可以放大又可以缩小，既可以观察整个温坪曲线的变化趋势又可以选择性地观察某一段时间的测量数据，并且该软件能够自动存储测量数据，用户可以方便地查询不同时间段的温坪曲线和数据。

（2）高精密铂电阻温度计校准模块。该模块可实现定点法和比较法校准精密铂电阻温度计[3]。定点法参照标准铂电阻温度计检定规程规定的方法，根据被校温度计的测温范围在定义固定点上进行，用规定的参考函数和偏差函数确定铂电阻温度计的系数值[4]。首先设置固定点类型、测量通道号、被检温度计编号、测量次数和测温范围。测量时程序每次获取的电阻值显示在测量值表中，自动计算出所测数据的平均值。测量完成后点击“计算结果”按钮程序自动完成静压修正，计算出系数an和bn。

比较法采用标准铂电阻温度计做标准，标准温度计和被校温度计一同插入恒温槽等恒温设备中[5]。输入标准温度计的Wt证书值，将标准温度计、被检温度计的编号及对应的扫描通道号添加到列表框中，设置好测温点。测量开始后程序根据列表中的通道号控制1590自动切换扫描通道并获取连接到对应通道的温度计的电阻值，测量完成后点击检定结果计算按钮，程序用标准温度计的测量值对被校温度计的测量值进行修正，得出被校铂电阻温度计在不同温度点的电阻值。

（3）干井炉温场测量模块[6]。干井炉温场测量包括干井炉温度显示与测量温区的温度差测量，测温孔的测量区内轴向温场均匀性、径向温场均匀性及稳定性的测量。

2.1.3 数据查询分析

数据查询分析模块包括固定点温坪曲线查询分析，高精密铂电阻温度计、高精密恒温槽测量数据及计算结果查询分析，定点炉、干井炉温场测量数据及处理结果查询分析。通过输入固定点类型、温坪监控开始时间、结束时间和监控温度计编号来查询固定点容器在该时间段的监控曲线。通过输入仪器名称、测量温度计编号和测量时间可查询温度计校准或温场测量的原始数据和测试结果。

2.2 软件流程

系统软件采用c#.net语言编写，软件启动后首先打开串口，配置串口通信协议，设置1590参数，然后开始采样，获取测量数据，选择测试任务，系统根据所选择的测试任务进入相应的处理程序对测量数据进行计算处理，处理完成后关闭串口。软件流程如图3所示。

3 测试结果

用该系统进行固定点容器温坪监控的测试结果如图4、图5所示。

测试结果表明，在固定点容器温坪监控中，能够完整地绘制温坪复现过程固定点容器内温度变化的曲线，良好地监控温度回升过程并报警。系统能按用户设定的统计次数对温坪数据进行统计和分析，从温坪分析图中可以清晰地观察和分析温坪的质量。

4 结束语

应用该精密温度测量系统成功实现了固定点容器温坪曲线的绘制、固定点容器温度过冷回升时的监测报警，高精密铂电阻温度计的校准处理，高精密恒温槽、定点炉、干井炉的温场分布测量，并取得了满意的测量效果。

图3 软件主程序流程图

图4 锡点凝固温坪曲线图

图5 锡点温坪分析图

该系统集测量和数据处理于一体，减少了人工抄录过程带来的时间浪费和记录失误，提高了工作效率和数据处理准确率，使其在温度校准应用中更加灵活、高效。系统中的固定点温度回升监测报警程序能够提醒操作人员对固定点复现做出快速的处理；高精密恒温槽测量采用图形化方式，使检测人员能够非常直观地监控恒温槽内各点的温度分布情况；系统软件的实时数据分析和历史测量数据查询分析功能，为温度实验室的校准研究工作提供了有效的研究平台。

[1] 王小科，吕双.C#从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2005：105-120.

[2]JJF 1178—2007用于标准铂电阻温度计的固定点装置校准规范[S].北京：中国计量出版社，2007.

[3]吴疆，吴方，王莉.精密短型铂电阻温度计的校准问题讨论[J].计测技术，2008，28（2）：58-59.

[4]JJG 160—2007标准铂电阻温度计[S].北京：中国计量出版社，2007.

[5]JJG 229—1998工业铂、铜热电阻[S].北京：中国计量出版社，1998.

[6]JJF 1257—2010干体式温度校准器校准方法[S].北京：中国计量出版社，2010.