使用数字多用表检定温控器输出部分的方法

2018/12/4 19:56:06 人评论 次浏览 分类:计量检定  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/2282.html

本文介绍使用数字多用表检定温控器输出部分的方法,该方法充分利用数字多功能表替代传统自动记录电位差计,能更快速精确地采集处理来自被检温控器输出信号,提高温控器检定效率。

按照JJG 617-1996,在温控器的检定项目中,PID控制的检定一直是实施较为困难的部分,涉及的标准器及配套设施的种类多,需要记录和处理的数据较为复杂,在台件数较多的情况下现场检定很不方便。为了适应当前仪器设备的发展状况,我们试验用一套现有的、通用的平台来记录、处理温控器输出的电量值。
昌晖温控器
1、检定温控器PID控制需要的仪器及配套设备
①高精度过程校验仪:能根据设定的分度号,将输入的温度值转化为相应的电量并输出。
昌晖过程校验仪
②有RS232控制功能的数字多用表,按规程要求,0-10mA输出接1kΩ负载,4-20mA输出接500Ω负载,还应能满足0-20V直流电压的测量需求,在本文中以Keithley2000型为例进行测量。
Keithley2000数字多用表

③安装Windows系统的电脑。
④配套的负载电阻和USB to RS232连接线。

2、过程校验仪、数字多用表和温控器连接线路
将过程校验仪的输出连接到被检温控器的热电偶输入端,将数字多用表和负载电阻串接接到温控器的控制输出端。通过USB to RS232连接线将数字多用表连接到电脑,安装驱动后,打开电脑上的串口调试软件。

3、Keithley2000型数字多用表的常用串口指令


指令                           作用
REN                           打开远程控制
CONF:VOLT:DC         设置为直流电压档单次测量模式
CONF:CURR:DC        设置为直流电流档单次测量模式
FETCh?                      请求并返回最后一个非触发的读数
READ?                       重置触发系统,初始化,并读取读数


4、检定操作方法
选择一台PID控制的被检温控器,将被检温控器的分度号设置为K型,设定点为1/2量程左右,控制输出类型设置为4-20mA,K型热电偶的满量程为-200~1300℃,所以设定点设置为600℃,将比例带设为10%。然后计算输入阶跃信号的大小,按规程要求阶跃信号的大小应为比例范围的1/5,已知全量程为1500℃,所以阶跃信号大小设为30℃。由图解法检定比例带、再调时间、预调时间时,在正向输出特性曲线上得到,固在阶跃终点应设置为600-30=570℃。

将570℃输入过程校验仪,在串口调试助手中打开连接数字多用表的端口,将数字多用表设置为直流电流mA档,并以100ms为周期重复发送READ?指令,数字多用表就会不停地返回当前测得的电流值。

数字多用表返回当前测得的电流值
将数字多用表测量获得的温控器控制输出电流数据竖向复制到excel中,并在前一列按照当时重复发送指令的时间间隔为获得的数据编上时间码,同时,根据数字多用表的测量值就能得到以下表格。


时间t   (单位:s)                   电流I     (单位:mA)
0.1                                       6.8145
0.2                                       6.8144
0.3                                       6.8145
0.4                                       6.8147
0.5                                       6.8065
0.6                                       6.7955
0.7                                       6.7879
……                                      ……

温控器阶跃输出响应曲线
可以看出实验结果基本符合温控器阶跃输出响应曲线。在传统的图解法中,比例带PB、再调时间T1、预调时间TD是在正向输出特性曲线上作图得到的。延长积分作用曲线DC与AB相交,得到交点处的电流I1,实际比例带则可以按下式计算得到。


公式中:Δtj为阶跃输入前后电量值之差折算成的温度差(℃);FS为仪表量程(℃);FS′为仪表输出量程(mA);I0为阶跃信号输出前的电流输出值(mA)。


图解法虽然简单方便,但是误差较大。在这里将数据输入电脑后,看图可以发现DC段位于56秒和125秒之间,对这个区间的数据进行线性回归处理,就能得到DC段的近似表达式:I=0.0683t+9.618。

 
所以已知t0=6.6s,I0=6.7786mA,那么根据上式可得I1=10.0688mA,PB=(30×16)/((10.0688-6.7786)×1500)=9.73%,与设定比例带10%比较,符合检定规程中(1±0.5)PBS的要求。至于T1和TD的求解,本文中将不再赘述。
作者:忻州市质量技术监督检验测试所  尚子超、朱咏梅

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