熱電偶自動檢定裝置的優化

[摘要]為了最大限度地發揮熱電偶自動檢定裝置的檢定能力,對現有的三套熱電偶自動檢定系統進行了優化改造。改造的關鍵技術是設計并制作了檢定爐交換控制系統,克服了原有熱電偶檢定系統之間互不兼容相互干擾等技術瓶頸。通過這套檢定爐交換控制系統,可以使多套熱電偶檢定系統同時工作,并且每個檢定系統都可以控制任何一個檢定爐,排除了檢定過程中存在的安全隱患,并且能夠實時監控每一路的檢定情況,極大地提高了熱電偶(阻)的檢定能力和效率。
1優化改造前的熱電偶自動檢定裝置的概況
　　熱電偶自動檢定裝置是由3套熱電偶自動檢定系統組成,分別是單爐熱電偶自動檢定系統、雙爐熱電偶自動檢定系統和雙爐熱電偶自動檢定系統。
1.1單爐熱電偶自動檢定系統概述
　　單爐熱電偶自動檢定系統(以下簡稱是由計算機、打印機、精度高數字萬用表、低電勢掃描器/控制器、數字表通信接口卡等組成的自動測試控制系統，是集計算機技術、微電測技術和自動測試技術于一體的新型智能化計量標準裝置,主要用于自動檢定/校準各種工作用熱電偶。它的主要技術指標見表1。
 
　　其中,精度高數字萬用表選用的是Keithley2000,數字表通信接口卡選用的是GPIB卡,設置為GPIB:0N,LANG:SC-PI,ADDRES:01(每次數字表送檢歸來必須檢查該設置)。低電勢掃描器/控制器為TZ.SC-03,具有6通道掃描開關,與計算.機連接選用的是RS-232接口。
　　該系統采用標準偶控溫自帶控溫軟件,一次只能控制一臺檢定爐，每次檢定結束后如需控制其他檢定爐,需要人工更換檢定爐的接線。此外,該系統還在低電勢掃描器/控制器上內置了一個參考端溫度測量電路,附帶了參考端溫度傳感器，提供了三種可選擇的參考端處理方法，分別是:1)標準偶與被檢偶均置于冰點槽中;2)標準偶與被檢偶均使用傳感器補償;3)標準偶置于冰點槽中，被檢偶使用傳感器補償,增加了參考端處理的靈活性。
1.2雙爐熱電偶自動檢定系統概述
　　雙爐熱電偶自動檢定系統(以下簡稱ZRJ-04)繼承了原ZRJ-03型智能化熱工儀表檢定系統的優點，同時增.加了分級低電勢掃描開關與掃描控制系統。各檢定爐分別采用RS485總線智能儀表和SSR進行控溫,其控溫溫度、PD參.數等可進行遙控設定,并由上位計算機進行集中控制。智能儀表的控溫偏差可進行手動或自動修正，以滿足檢定允許偏差的要求。系統可自動進行控溫數據記錄和顯示,既可集中顯示各檢定爐的控溫參數,又可分別詳細顯示不同檢定爐的工作狀態與控溫參數,并自動繪制控溫曲線。ZRJ-04的主要技術參數與ZRJ-03相同。與ZRJ-03相比,該系統的主要改進部分如下:
1)將ZRJ-03系統的一級低電勢掃描器/控制器更換為二級低電勢掃描器/控制器,主低電勢掃描開關用于各檢定爐熱電偶信號的多選一.分時選通各檢定爐電路。分低電勢掃描開關用于每個檢定爐中各只被檢熱電偶和標準熱電偶信號的多選一,實現熱電偶信號的掃描測量功能。二級低電勢掃描器/控制器通過RS-485工業現場總線與計算機通信,接受計算機的控制。通過二級低電勢掃描器/控制器,該系統能同時控制2臺檢定爐,每臺檢定爐能檢定1~10支熱電偶。2)溫度控制系統采用具有RS4-85通信功能的日本島電SR-253智能PID調節器作為溫度控制器,采用SsR作為功率輸出單元,實現精度高交流過零觸發,無高次諧波干擾。功率輸出相對分辨率優于1/1000。
3)數字表接口采用的是RS-232接口。
4)短爐加熱電壓為110V,保證了短爐控溫的平穩。
1.3DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統概述
　　DTZ-01型雙爐熱電偶自動檢定系統(以下簡稱DTZ-01)組成與ZRJ-04基本相同。其測量精度為+(0.005%xRead-ing+0.0035%xRange),其余主要技術指標與表1相同。
　　該系統計算機與多通道低電勢掃描器、數字表的連接采用2個RS-232串行接口,系統采用PCI接口RS-232接口卡進行擴展;與熱電偶檢定爐控溫裝置、恒溫水槽、恒溫油槽的連接采用RS-485串行接口,系統采用PCI接口RS-485接口卡進行擴展。
2制約熱電偶自動檢定裝置檢定效率的原因
2.1原有檢定系統不能同時工作,效率低
　　原有的3套熱電偶檢定系統各自的工作原理不同,隨機攜帶的檢定爐接線連接混亂,工作效率低。主要體現在以下幾個方面:
1)各自的控溫原理不同。ZRJ-03是利用標準熱電偶進行控溫的,而ZRJ-04和DTZ-01采用的是控溫偶進行控溫的。由于各自的控溫模型不同,各檢定點的控溫時間也不相同。控溫原理不同導致這3套檢定系統不能相互兼容。
2)原有的3套檢定系統可攜帶的檢定爐數量都是固定的:ZRJ-03攜帶1個檢定爐,ZRJ-04攜帶2個檢定爐,DTZ-01攜帶2個檢定爐。各檢定系統只能對本身攜帶的檢定爐進行控溫,不能對其他2套檢定系統的檢定爐進行控溫,并且每個檢定爐檢定完畢后從高溫降到200。C以下需要兩個多小時,這就導致在檢定爐降溫期間檢定系統處于閑置狀態,進而影響檢定效率。
2.2原有檢定系統接線混亂，影響檢定效率
由于原有3套檢定系統是在不同時期投人使用的,沒有經過統一的規劃,各檢定系統互相獨立,布線不規范,信號線和電源線相互穿插。與此同時,被檢的工作熱電偶長短各異、接線端子完好狀態不同。這就導致在熱電偶檢定出現意外情況時只能逐項排除,查找問題低效,而且有可能在故障排除時帶來新的問題,致使查找原因變得更加復雜。這也是影響檢定效率的-一個重要原因。
2.3原有系統操作復雜
　　原有3套檢定系統沒有進行整合,各自的操作程序不同，.操作復雜。同時檢定員對各檢定系統的熟悉程度不同,很容易出現錯誤操作。
　　此外,原有3套檢定系統實時監測不完善,信號線和電源線沒有隔離開。接地系統不同使得原有檢定裝置存在漏電、燒壞檢定爐、著火等安全隱患。
3熱電偶自動檢定裝置的優化改造
針對分析出的問題,制定了優化改造方案,主要有以下幾個方面。
3.1制作檢定爐控制系統
　　根據各系統的檢定時間,結合需要檢定的熱電偶的尺寸及數量,在保證正常連續工作的基礎上,配備了8個檢定爐(2短6長),并對所有檢定爐進行統--規劃、統-一編號,制作了明細的標識,還對3個檢定系統進行了統一-的標識。另外，還在檢定系統的控制部分和檢定爐之間增加了檢定爐控制系統。該檢定爐控制系統主要由兩部分組成:一個是檢定系統連接部分,另一個是檢定爐連接部分。
　　在檢定系統開始工作后,需要對檢定爐控制系統進行自上而下的工作狀態確認，在故障發生之前就將故障查出并加以排除,將事故消除在萌芽狀態，從而提高檢定效率。
3.1.1檢定系統連接部分主要組成
1)系統運行指示燈(見圖1)共有3個,分別對應3個檢定系統。該指示燈用來顯示3個檢定系統的上電狀態,只要檢.定系統總電源接通,相應的指示燈就會點亮。
 
2)控制回路開關(見圖2)共有5個,分別對應5個加熱控制回路。該開關用來控制加熱控制電路的通與斷,并對整個控制回路做過流保護。
 
3)電壓指示燈(見圖3)共有5個,分別對應5個加熱控制回路。該指示燈用來顯示5路加熱控制回路在接人檢定爐前是否正常工作。只要各檢定回路在接人檢定爐之前能夠正常.進行加熱控制,相應的指示燈就會間歇式點亮,否則該指示燈不亮,需檢查相應的控制回路。
 
4)電流指示燈(見圖4)共有5個,分別對應5個加熱控制回路。該指示燈用來顯示5路加熱控制電路的通斷,判斷各路所控制的檢定爐能否正常加熱控溫。如果該指示燈間歇式點亮就表明該路加熱控制回路控制正常,加熱爐加熱控溫正常,否則,應從以下兩個方面進行分析:
①檢定爐連接部分的爐電壓指示燈不亮,說明檢定系統連接部分和檢定爐連接部分沒有連接上,需檢查這兩部分之間的連接線,確認其上下連接部分接觸良好。②檢定爐連接部分的爐電壓指示燈間歇點亮,說明從檢定爐控制系統到檢定爐之間加熱控溫不正常,-般需檢查檢定爐的接線是否良好或者檢定爐是否損壞。
5)輸出插座(見圖5)共有5個,分別對應5個加熱控制回路,用來輸出相應回路的加熱控溫電源。
 
3.1.2檢定爐連接部分
1)爐接口插座(見圖6)共有8個,分別對應8個檢定爐，用來接受加熱控溫電源
 
2)爐電壓指示燈(見圖7)共8個,分別對應8個檢定爐。該指示燈主要用來判斷檢定系統連接部分和檢定爐連接部分是否連接,如果該燈間歇式點亮,則說明這兩部分連接正常。
 
　　檢定系統連接部分和檢定爐連接部分是由控制連接線連接的。為確保安全,該線采用了子母頭的設計,為了便于識別,每條控制連接線都做了不同標識。
3.1.3檢定爐控制系統的主要功能
1)能夠使3套熱電偶檢定系統同時工作,并同時對8臺檢定爐中的任意5臺檢定爐進行加熱控溫。2)通過該系統,每個檢定系統都能對8個檢定爐進行控溫操作,消除了檢定爐不能共享而制約熱電偶檢定速度的問題。3)系統安全性得到了提高。原有3套系統之間各自獨立,互相干擾,并且在每次檢定后切換檢定爐時存在安全隱患。該系統完全消除了這些隱患。4)檢定系統發生故障時查找更加方便快捷。崗位檢定人員能夠迅速判斷故障發生的位置并加以排除。
3.1.4檢定爐控制系統的使用
　　該檢定爐控制系統使用簡單快捷。在使用時只需將需要工作的熱電偶自動檢定系統中的控制回路的開關接通,并利用控制連接線將相應控制回路的輸出插座和需要控溫的檢定爐接口插座相連即可。
3.2優化線路系統
　　重新優化布局了線路系統,消除了控溫系統和采集系統之間互相干擾的問題。結合檢定間的實際情況,將信號電路和電源電路分開進行了優化布局,消除了控溫系統和采集系統之間相互干擾的問題。與此同時,最大限度地減少了明線,確保了檢定爐周圍的整潔干凈,消除了火災隱患。
3.3更新數據采集系統接線夾
　　熱電偶與數據采集線之間的連接質量直接關系到檢定結果的準確性。經過市場調查和多次試驗,選擇了合適的熱電偶接線夾,對每條數據采集線進行了精心的焊接,減小了熱電偶與數據采集線之間的接觸電勢,降低了熱電偶接線時短路的概率，提高了檢定質量。
3.4優化檢定流程,制定新的檢定程序
　　根據改造后的設備運行情況,優化檢定流程,提高檢定效率。從熱電偶的收發、外觀檢查、型號的確認、熱電偶的捆綁、標準器的選擇、被檢偶和標準偶的接線、檢定軟件的啟動和監視運行,以及檢定結束后現場的處理等方面都制定了詳細的流程,還對接口卡的安裝、接地線的處理、檢定系統內部的接線等方面進行了優化改造。
4熱電偶自動檢定裝置優化改造后的運行情況
1)系統運行效率急劇上升。一天最高完成了25爐130多支熱電偶的檢定工作。2)故障率急劇下降。3)安全得到了可靠的保障。在一個多月的大負荷工作情況下,沒有損壞一臺設備,沒有發生任何安全事件。4)操作更加簡單快捷,檢定員對每套檢定系統的操作都很熟悉。
　　總之,通過這次優化改造,熱電偶自動檢定裝置經受住了考驗,為熱電偶的自動檢定提供了一個良好的范本。