恒温槽校准问题分析及采集软件

胡 健 徐 标 梁显有 孙子骞 / 广东省计量科学研究院

0 引言

随着集成电路和仪器仪表的发展，高精密数字温度计使用相当广泛，逐渐代替标准水银温度计，对温度计量有着重大的影响。此类仪器能方便携带和读数，目前已经广泛应用于法定计量机构。然而仪器设计在某些方面仍不够人性化，如大部分不具备上位机采集和数据分析软件。

1 恒温槽校准过程中的问题

在大量校准恒温槽、干井炉过程中，不具备上位机采集和数据分析软件，依靠人工读数有以下问题。

1）根据恒温槽及干井炉校准方法要求在10min或者15min内按规定时间间隔读取标准器和被检示值(一般是每10 s读取一次，读取60组数)，最后按公式±(tmax-tmin)/2计算。采用人工读数过程，检定员需不停记录仪器数值，较难按规定间隔读数，容易引入人为误差。而且每10min（或者15min）不间断观察仪器数值变化，尤其在高温时，槽内温度波动较大，仪器示值变化迅速，更易产生误读和记数混乱，校准的效率较低。

2）JJF 1030-2010规定待槽温稳定后才进行校准，如何判断槽温的稳定。由于目前控温大都使用PID算法，存在温度超调和振荡问题，判断其稳定情况需要记录大量数据，观察变化趋势，才能给出合理判断。而人工对槽温稳定性较难判断和估计，容易在槽温未充分稳定时进行校准，使实测波动大于设备实际波动。

3）进行均匀性项目校准时，根据规程要求，分别测试ABCDEFGH上下水平面相对固定位置的平均值差值。二等标准铂电阻响应速度存在差异，时间响应将影响恒温槽均匀性测试结果。需在波动小或者波峰及波谷时测量，才能有效降低均匀性测试造成的影响。

设计一款软件，能实时采集来自标准器中的数据，并以图形形式清晰直观显示槽温稳定性和温度变化趋势。本文以国产型号PDT-2A高精密数字温度计为例，采用Visual Basic设计了方便恒温槽等设备的采集程序。

2 采集软件功能及方案实现

PDT-2A型高精密数字温度计其技术指标为±（0.001%FS+0.0015%读数），电阻： 0～300 Ω。可配标准铂电阻直接显示温度值；配备二等标准铂电阻后，能满足温度测量和某些量传工作；能满足校准恒温槽、干井炉、工业铂电阻电测设备技术要求。JJF 1030-2010规定以每分钟至少6次的均匀间隔读取示值，持续10min或恒温槽使用说明书中规定时间；干井炉波动测试记录30min内，每2min测量一次。恒温槽、干井炉均匀性及工业铂电阻测试以均匀速度往返读取两通道示值，读取间隔应以5 s为宜。针对温度计量特点，应用软件具备以下功能：实时采集仪器温度或电阻数据、对数据进行分析并重构、计算及分析相关参数、以图形化显示温度或电阻变化趋势。

3 软件设计

首先将计算机串口与PDT-2A连接，使用串口调试助手或超级终端等软件观察，可得以下数据：T0129.0097 Ohm T0234.852 C。因此在VB中调用MScomm串口控件，并设置MScomm控件相关属性，考虑实时性问题，设置接收中断MScomm.RThreshold= 1。当仪器发数据一个字节到计算机时，产生中断，并在中断服务程序中完成基本处理并将数据保存于缓冲区。由于采集数据需要间隔读取，因而调用Timer控件产生定时中断，间隔时间依不同校准规范要求而定，并将主要数据处理放入定时服务程序中。

针对串口以上所接收数据的特点：数据为文本型、无严格通信协议。将“T”定义为数据开头，将“m”或“C”定义为数据结束，而“T”字符后第二字节为有效数据。并根据仪器一次发送一字节特点，需要筛选分离有效数据，最后使用CSng强制转换成单精度数字型，执行语句data1 = CSng(tmp_string)。以上为某一次数据，累次数据保存在数组，执行语句：temperature1(i_1) = data1。数据每次定时中断后更新以text控件显示，每个数据显示一行，并以vbCrLf 换行，执行词句为tmp_v1 = tmp_v1 &temperature1(tmp_m1 - tmp_x) & vbCrLf。

根据恒温槽均匀性、波动性测试要求，对有效数组求平均值、波动值，以控件Lable输出显示。测试恒温槽时，如前所述使用图形显示温度的波动趋势更直观有效。VB有较为丰富的图形控件如Mschart和line函数等。本文使用line函数在picturebox中绘制图形。Line函数有两个重要子函数：确定坐标轴picX.Scale及划线DrawRealLine。将数据最大、最小值定义为Y轴，使用picturebox.ScaleWidth定义为X轴。图形随数据变化而调整坐标轴，图形显示合理、观察方便。

4 实验验证及测试结果

软件按特定时间间隔准确读取仪器中的数据，如图1。以校准恒温槽为例，对同一设备进行人工读数和软件自动读数测试波动性，结果如表1。

垂直均匀度测试结果如表2。

图1 软件实时采集效果图

表1 波动性测试

表2 垂直均匀度测试

5 结语

综合重复性和其他测量因素，测试结果基本一致，自动采集值优于人工读数，实现恒温槽校准所需要功能。此外，软件具有较好通用性，除能满足恒温槽校准，还能完成干井式温度校准器、工业铂热电阻自动采集；对软件修改数据接收和分析部分就可以适应不同的下位机仪表，满足其他场合的实用。

[1]全国温度计量技术委员会.JJF 1030-2010[S].北京：中国计量出版社，2010.

[2]全国温度计量技术委员会.JJF 1176-2010[S].北京：中国计量出版社，2010.

[3]吴勤，李振杰.恒温槽温度均匀性测量不确定度分析[J].计量与测试技术，2012，6：66-67+69.

[4]曹宇.油恒温槽温度波动度测量结果的评定[J].企业标准化，2006，4：53-54.