熱電偶自動(dòng)檢定裝置的優(yōu)化

[摘要]為了最大限度地發(fā)揮熱電偶自動(dòng)檢定裝置的檢定能力,對(duì)現(xiàn)有的三套熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。改造的關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計(jì)并制作了檢定爐交換控制系統(tǒng),克服了原有熱電偶檢定系統(tǒng)之間互不兼容相互干擾等技術(shù)瓶頸。通過(guò)這套檢定爐交換控制系統(tǒng),可以使多套熱電偶檢定系統(tǒng)同時(shí)工作,并且每個(gè)檢定系統(tǒng)都可以控制任何一個(gè)檢定爐,排除了檢定過(guò)程中存在的安全隱患,并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)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(yōu)化改造前的熱電偶自動(dòng)檢定裝置的概況
　　熱電偶自動(dòng)檢定裝置是由3套熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)組成,分別是單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)、雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)和雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)。
1.1單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)概述
　　單爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)是由計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、精度高數(shù)字萬(wàn)用表、低電勢(shì)掃描器/控制器、數(shù)字表通信接口卡等組成的自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電測(cè)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)于一體的新型智能化計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置,主要用于自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)各種工作用熱電偶。它的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。
 
　　其中,精度高數(shù)字萬(wàn)用表選用的是Keithley2000,數(shù)字表通信接口卡選用的是GPIB卡,設(shè)置為GPIB:0N,LANG:SC-PI,ADDRES:01(每次數(shù)字表送檢歸來(lái)必須檢查該設(shè)置)。低電勢(shì)掃描器/控制器為T(mén)Z.SC-03,具有6通道掃描開(kāi)關(guān),與計(jì)算.機(jī)連接選用的是RS-232接口。
　　該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)偶控溫自帶控溫軟件,一次只能控制一臺(tái)檢定爐，每次檢定結(jié)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(tǒng)還在低電勢(shì)掃描器/控制器上內(nèi)置了一個(gè)參考端溫度測(cè)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(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶均置于冰點(diǎn)槽中;2)標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢偶均使用傳感器補(bǔ)償;3)標(biāo)準(zhǔn)偶置于冰點(diǎn)槽中，被檢偶使用傳感器補(bǔ)償,增加了參考端處理的靈活性。
1.2雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)概述
　　雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ZRJ-04)繼承了原ZRJ-03型智能化熱工儀表檢定系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增.加了分級(jí)低電勢(shì)掃描開(kāi)關(guān)與掃描控制系統(tǒng)。各檢定爐分別采用RS485總線智能儀表和SSR進(jìn)行控溫,其控溫溫度、PD參.數(shù)等可進(jìn)行遙控設(shè)定,并由上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。智能儀表的控溫偏差可進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)修正，以滿足檢定允許偏差的要求。系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行控溫?cái)?shù)據(jù)記錄和顯示,既可集中顯示各檢定爐的控溫參數(shù),又可分別詳細(xì)顯示不同檢定爐的工作狀態(tài)與控溫參數(shù),并自動(dòng)繪制控溫曲線。ZRJ-04的主要技術(shù)參數(shù)與ZRJ-03相同。與ZRJ-03相比,該系統(tǒng)的主要改進(jìn)部分如下:
1)將ZRJ-03系統(tǒng)的一級(jí)低電勢(shì)掃描器/控制器更換為二級(jí)低電勢(shì)掃描器/控制器,主低電勢(shì)掃描開(kāi)關(guān)用于各檢定爐熱電偶信號(hào)的多選一.分時(shí)選通各檢定爐電路。分低電勢(shì)掃描開(kāi)關(guān)用于每個(gè)檢定爐中各只被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶信號(hào)的多選一,實(shí)現(xiàn)熱電偶信號(hào)的掃描測(cè)量功能。二級(jí)低電勢(shì)掃描器/控制器通過(guò)RS-485工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與計(jì)算機(jī)通信,接受計(jì)算機(jī)的控制。通過(guò)二級(jí)低電勢(shì)掃描器/控制器,該系統(tǒng)能同時(shí)控制2臺(tái)檢定爐,每臺(tái)檢定爐能檢定1~10支熱電偶。2)溫度控制系統(tǒng)采用具有RS4-85通信功能的日本島電SR-253智能PID調(diào)節(jié)器作為溫度控制器,采用SsR作為功率輸出單元,實(shí)現(xiàn)精度高交流過(guò)零觸發(fā),無(wú)高次諧波干擾。功率輸出相對(duì)分辨率優(yōu)于1/1000。
3)數(shù)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(wěn)。
1.3DTZ-01型雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)概述
　　DTZ-01型雙爐熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTZ-01)組成與ZRJ-04基本相同。其測(cè)量精度為+(0.005%xRead-ing+0.0035%xRange),其余主要技術(shù)指標(biāo)與表1相同。
　　該系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與多通道低電勢(shì)掃描器、數(shù)字表的連接采用2個(gè)RS-232串行接口,系統(tǒng)采用PCI接口RS-232接口卡進(jìn)行擴(kuò)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(tǒng)采用PCI接口RS-485接口卡進(jìn)行擴(kuò)展。
2制約熱電偶自動(dòng)檢定裝置檢定效率的原因
2.1原有檢定系統(tǒng)不能同時(shí)工作,效率低
　　原有的3套熱電偶檢定系統(tǒng)各自的工作原理不同,隨機(jī)攜帶的檢定爐接線連接混亂,工作效率低。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1)各自的控溫原理不同。ZRJ-03是利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行控溫的,而ZRJ-04和DTZ-01采用的是控溫偶進(jìn)行控溫的。由于各自的控溫模型不同,各檢定點(diǎn)的控溫時(shí)間也不相同。控溫原理不同導(dǎo)致這3套檢定系統(tǒng)不能相互兼容。
2)原有的3套檢定系統(tǒng)可攜帶的檢定爐數(shù)量都是固定的:ZRJ-03攜帶1個(gè)檢定爐,ZRJ-04攜帶2個(gè)檢定爐,DTZ-01攜帶2個(gè)檢定爐。各檢定系統(tǒng)只能對(duì)本身攜帶的檢定爐進(jìn)行控溫,不能對(duì)其他2套檢定系統(tǒng)的檢定爐進(jìn)行控溫,并且每個(gè)檢定爐檢定完畢后從高溫降到200。C以下需要兩個(gè)多小時(shí),這就導(dǎo)致在檢定爐降溫期間檢定系統(tǒng)處于閑置狀態(tài),進(jìn)而影響檢定效率。
2.2原有檢定系統(tǒng)接線混亂，影響檢定效率
由于原有3套檢定系統(tǒng)是在不同時(shí)期投人使用的,沒(méi)有經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的規(guī)劃,各檢定系統(tǒng)互相獨(dú)立,布線不規(guī)范,信號(hào)線和電源線相互穿插。與此同時(shí),被檢的工作熱電偶長(zhǎng)短各異、接線端子完好狀態(tài)不同。這就導(dǎo)致在熱電偶檢定出現(xiàn)意外情況時(shí)只能逐項(xiàng)排除,查找問(wèn)題低效,而且有可能在故障排除時(shí)帶來(lái)新的問(wèn)題,致使查找原因變得更加復(fù)雜。這也是影響檢定效率的-一個(gè)重要原因。
2.3原有系統(tǒng)操作復(fù)雜
　　原有3套檢定系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行整合,各自的操作程序不同，.操作復(fù)雜。同時(shí)檢定員對(duì)各檢定系統(tǒng)的熟悉程度不同,很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。
　　此外,原有3套檢定系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不完善,信號(hào)線和電源線沒(méi)有隔離開(kāi)。接地系統(tǒng)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(dòng)檢定裝置的優(yōu)化改造
針對(duì)分析出的問(wèn)題,制定了優(yōu)化改造方案,主要有以下幾個(gè)方面。
3.1制作檢定爐控制系統(tǒng)
　　根據(jù)各系統(tǒng)的檢定時(shí)間,結(jié)合需要檢定的熱電偶的尺寸及數(shù)量,在保證正常連續(xù)工作的基礎(chǔ)上,配備了8個(gè)檢定爐(2短6長(zhǎng)),并對(duì)所有檢定爐進(jìn)行統(tǒng)--規(guī)劃、統(tǒng)-一編號(hào),制作了明細(xì)的標(biāo)識(shí),還對(duì)3個(gè)檢定系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)一-的標(biāo)識(shí)。另外，還在檢定系統(tǒng)的控制部分和檢定爐之間增加了檢定爐控制系統(tǒng)。該檢定爐控制系統(tǒng)主要由兩部分組成:一個(gè)是檢定系統(tǒng)連接部分,另一個(gè)是檢定爐連接部分。
　　在檢定系統(tǒng)開(kāi)始工作后,需要對(duì)檢定爐控制系統(tǒng)進(jìn)行自上而下的工作狀態(tài)確認(rèn)，在故障發(fā)生之前就將故障查出并加以排除,將事故消除在萌芽狀態(tài)，從而提高檢定效率。
3.1.1檢定系統(tǒng)連接部分主要組成
1)系統(tǒng)運(yùn)行指示燈(見(jiàn)圖1)共有3個(gè),分別對(duì)應(yīng)3個(gè)檢定系統(tǒng)。該指示燈用來(lái)顯示3個(gè)檢定系統(tǒng)的上電狀態(tài),只要檢.定系統(tǒng)總電源接通,相應(yīng)的指示燈就會(huì)點(diǎn)亮。
 
2)控制回路開(kāi)關(guān)(見(jiàn)圖2)共有5個(gè),分別對(duì)應(yīng)5個(gè)加熱控制回路。該開(kāi)關(guān)用來(lái)控制加熱控制電路的通與斷,并對(duì)整個(gè)控制回路做過(guò)流保護(hù)。
 
3)電壓指示燈(見(jiàn)圖3)共有5個(gè),分別對(duì)應(yīng)5個(gè)加熱控制回路。該指示燈用來(lái)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(jìn)行加熱控制,相應(yīng)的指示燈就會(huì)間歇式點(diǎn)亮,否則該指示燈不亮,需檢查相應(yīng)的控制回路。
 
4)電流指示燈(見(jiàn)圖4)共有5個(gè),分別對(duì)應(yīng)5個(gè)加熱控制回路。該指示燈用來(lái)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(diǎn)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(yīng)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析:
①檢定爐連接部分的爐電壓指示燈不亮,說(shuō)明檢定系統(tǒng)連接部分和檢定爐連接部分沒(méi)有連接上,需檢查這兩部分之間的連接線,確認(rèn)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(diǎn)亮,說(shuō)明從檢定爐控制系統(tǒng)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(jiàn)圖5)共有5個(gè),分別對(duì)應(yīng)5個(gè)加熱控制回路,用來(lái)輸出相應(yīng)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(jiàn)圖6)共有8個(gè),分別對(duì)應(yīng)8個(gè)檢定爐，用來(lái)接受加熱控溫電源
 
2)爐電壓指示燈(見(jiàn)圖7)共8個(gè),分別對(duì)應(yīng)8個(gè)檢定爐。該指示燈主要用來(lái)判斷檢定系統(tǒng)連接部分和檢定爐連接部分是否連接,如果該燈間歇式點(diǎn)亮,則說(shuō)明這兩部分連接正常。
 
　　檢定系統(tǒng)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(shè)計(jì),為了便于識(shí)別,每條控制連接線都做了不同標(biāo)識(shí)。
3.1.3檢定爐控制系統(tǒng)的主要功能
1)能夠使3套熱電偶檢定系統(tǒng)同時(shí)工作,并同時(shí)對(duì)8臺(tái)檢定爐中的任意5臺(tái)檢定爐進(jìn)行加熱控溫。2)通過(guò)該系統(tǒng),每個(gè)檢定系統(tǒng)都能對(duì)8個(gè)檢定爐進(jìn)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(wèn)題。3)系統(tǒng)安全性得到了提高。原有3套系統(tǒng)之間各自獨(dú)立,互相干擾,并且在每次檢定后切換檢定爐時(shí)存在安全隱患。該系統(tǒng)完全消除了這些隱患。4)檢定系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)查找更加方便快捷。崗位檢定人員能夠迅速判斷故障發(fā)生的位置并加以排除。
3.1.4檢定爐控制系統(tǒng)的使用
　　該檢定爐控制系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單快捷。在使用時(shí)只需將需要工作的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)中的控制回路的開(kāi)關(guān)接通,并利用控制連接線將相應(yīng)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(yōu)化線路系統(tǒng)
　　重新優(yōu)化布局了線路系統(tǒng),消除了控溫系統(tǒng)和采集系統(tǒng)之間互相干擾的問(wèn)題。結(jié)合檢定間的實(shí)際情況,將信號(hào)電路和電源電路分開(kāi)進(jìn)行了優(yōu)化布局,消除了控溫系統(tǒng)和采集系統(tǒng)之間相互干擾的問(wèn)題。與此同時(shí),最大限度地減少了明線,確保了檢定爐周?chē)恼麧嵏蓛?消除了火災(zāi)隱患。
3.3更新數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接線夾
　　熱電偶與數(shù)據(jù)采集線之間的連接質(zhì)量直接關(guān)系到檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查和多次試驗(yàn),選擇了合適的熱電偶接線夾,對(duì)每條數(shù)據(jù)采集線進(jìn)行了精心的焊接,減小了熱電偶與數(shù)據(jù)采集線之間的接觸電勢(shì),降低了熱電偶接線時(shí)短路的概率，提高了檢定質(zhì)量。
3.4優(yōu)化檢定流程,制定新的檢定程序
　　根據(jù)改造后的設(shè)備運(yùn)行情況,優(yōu)化檢定流程,提高檢定效率。從熱電偶的收發(fā)、外觀檢查、型號(hào)的確認(rèn)、熱電偶的捆綁、標(biāo)準(zhǔn)器的選擇、被檢偶和標(biāo)準(zhǔn)偶的接線、檢定軟件的啟動(dòng)和監(jiān)視運(yùn)行,以及檢定結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)的處理等方面都制定了詳細(xì)的流程,還對(duì)接口卡的安裝、接地線的處理、檢定系統(tǒng)內(nèi)部的接線等方面進(jìn)行了優(yōu)化改造。
4熱電偶自動(dòng)檢定裝置優(yōu)化改造后的運(yùn)行情況
1)系統(tǒng)運(yùn)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(gè)多月的大負(fù)荷工作情況下,沒(méi)有損壞一臺(tái)設(shè)備,沒(méi)有發(fā)生任何安全事件。4)操作更加簡(jiǎn)單快捷,檢定員對(duì)每套檢定系統(tǒng)的操作都很熟悉。
　　總之,通過(guò)這次優(yōu)化改造,熱電偶自動(dòng)檢定裝置經(jīng)受住了考驗(yàn),為熱電偶的自動(dòng)檢定提供了一個(gè)良好的范本。