便携式温场校准仪的研发

孙国斌，刘广溪

（锦州计量鉴定测量所 辽宁 锦州 121000）

便携式温场校准仪的研发

孙国斌，刘广溪

（锦州计量鉴定测量所 辽宁 锦州 121000）

温场校准方法在物理量的测量中是普遍运用的，并得到了广泛运用。本文向我们展示了一种校准精度相对较高的温场校准仪器的硬件设计和软件实现。阐述了温度从采集到测量和处理的环节；剖析了影响仪器校准精度的各种因素，介绍了从软件和硬件两个方面进行处置,进一步提高校准精度的要领。

便携式；高精度测量；温场校准仪；铂电阻

1 引言

温场校准的精度受很多方面的影响，但是主要的影响因素有两点：一是校准仪仪器本身的精度，二是测量校准仪数据的传感器的精度。由于目前国内市场上的校准仪器数量与质量都是大规模的，不方便携带与操作；而且用于测量校准仪器的传感器也有多种多样的，不同类型的传感器会有自身温度校准的特点与方式。所以，便携式的温场校准仪器的研发就成为对仪器创新必须进行高精度衡量与校准。而且，目前国内的校准仪器主要用于对现场的测量，所以这也是提高其便捷性的原因之一。因此，我们在用校准仪进行温度采集与精确测量时就是要利用其集中性与联系性来进行温场校准仪器便捷性的提高。

2 硬件设计

2.1 校准仪是由七大主要部分组成的。第一是恒流源，它是通过扫描和转换多路数据对电阻与电压的测试；第二是多路开关，它主要是为了控制校准仪的线路安全，与方便操作；第三是数据处理，数据处理是根据恒流源经过电阻与电压之间的电路输送得到的，经过了输入通道，并通过输入通道将数据转入转换器中，以此来发送到屏幕显示器中；然后，在CPU的记录中，进行去电路的疏导，并且记录电阻与电压之间数据的转换；最后，进行数据处理，经过单片机来进行数据转化，得到最后的结果值。

2.2 校准仪要想进行高精度的测量，必须要求电阻的影响值小、电路输入快、并且要求转换器的使用价值高等等。这里，我们采用的是AD公司的AD7710。实际上AD7710是一个非线性度是正负百分之零点零零一五，而测量得到电阻的阻抗是1GΨ的24个数的A/D转换器。为了能够得到高分辨率的屏幕分辨率，于是这里采用了LCD的显示屏640×480，并且采用4×4的矩阵键盘，来清晰地显示得出的数据数值与温度曲线。

2.3 现代网络的应用已经深入到各行各业。校准仪是比较通用的仪器，因此其接口不能够出现问题，则应该使用标准的接口。通过其接口，可以实现本仪器的远程监控。并可以得到从监察处测量的数据，减少了计量人员的数量。针对测量环境的现实问题，校准仪除了要采用交流电外，还需要有足够的电量来完成其测量的任务，因此在其仪器内部设有锂电池，这恰好有利于便携式校准仪的研发。

3 软件设计

3.1 程序的结构和流程在温场校准仪中，主控程序和数据采集模块两部分组成了温场校准仪的程序结构，其中，程序结构需要处理大量的数据信息，所以就有了上、下两个单片机进行协作。并且，在此过程中采用了高速运转的16位的单片机；而负责数据整理的下位机则只需低速便可。

3.2 电阻的测量处理

电阻的测量和处理由从机完成。用比较法来进行电阻的测试，100Ψ的机内置温度系数电阻为2ppm，所有通道要将被测量的电阻与标准电阻相比，得到一个新的电阻值，这就是最后电阻值。设被测电阻为Rx，标准电阻为Rb，有：在Rx/Rb=x/b中，b是测量Rb后的数，x是测量Rx的数，从而得到Rx=(x/b)Rb的最终结果。

3.3 校准技术

因为校准仪主要进行的是比较测量校准，所以在对内部标准电阻进行校准时，便采用了电阻对比的方法，用仪器内部使用的标准电阻与实验外部的电阻进行对比，便可以得到更为精确的比较，其中要假设外部的电阻是Rt，这时的外接电阻与内部标准电阻可以根据以下的公式进行计算：Rt/Rr=t/r，则Rr=Rt/(t/r)。

Pt100电阻转换成温度所使用的国际上通用的公式如下：

（1）当 Rt=Ro(1+At+B2t)，（-200℃ ＜t＜0℃）；

（2）当Rt=Ro(1+Xt+Y2t+Z(t-100)t3)，（0℃≤t≤850℃）。

这时，通过以上的计算，我们可以从中得到Pt100的电阻值，根据计算得到的电阻值，我们可以推算出具体时间的电阻值。例如：电阻X是在t时的值。实现两者间的转变，这里运用了一种可以用于高精密温度量测量的归纳方法。

下面介绍使用简单归纳法和演绎法求方程根的算法。

首先，将方程f(t)=0（3）

改写成等价形式t=φ(t)（4）

那么，（1）、（2）式则可以改写成等价形式：

t=(Rt/R0-1-Bt2)/A（5）

t=(Rt/R0-1-Bt2-C(t-100)t3)/A（6）

使用简单归纳法和演绎法法求解以上两个方程，必须满足简单归纳法和演绎法收敛的条件：

(a)f(t)在区间[a，b]上连续；

(b)f(t)在区间端点上的函数值是正反相对的，即f(a)f(b)＜0;

(c)方程f(t)=0的等价形式((4)式)在区间[a，b]上满足|φ′(t)|≤|q|＜1。

经过上述多次实验与计算，我们算得电阻与时间，电阻与温度相互对应的值。而且在实验允许的范围内不能够太多次的重复操作，应当保证实验的科学性与有效性。而后我们可以将其进行温场与电阻的转换，从而得到最后的实验结果。

4 结语

通过调查，我们可以了解到大概的中国市场，当前，我国的仪器厂家给温场的测量，设计了多种多样的产品，但是多多少少都存在着问题。例如，主要有两类问题：一是成本较高，而且携带不便；二是虽然投入的成本虽然较少，但是所使用的A/D转换器精密度不高，一般为零点一度到零点三度，而且即便是很高级的传感器都会存在误差。所以，研发便捷式温场校准仪便成为了必要的。

本文采用的方式来实现便捷式温场校准仪的研发，其中有利的因素有这么几项：成本较低、准确度高、而且稳定性较好；然后可以在操作中将传感器参数的校正值输入到仪器中，可以抵消传感器引起的误差，实现高精度测量，便于仪器的携带。

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[4]曾全堃.仪器电路[M].重庆大学出版社，1996.

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TE974 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）02-0085-02

孙国斌（1959-），男，汉族，辽宁锦州，本科，副高级工程师，热力学温度的检定；

刘广溪（1984-），男，汉族，吉林德惠，本科，工程师，热力学温度的检定。