CN104677522A - 一体化温度变送器现场自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于温度计量技术领域，尤其涉及一种温度计量仪表现场自动校准系统及方法，包括：计算机，标准铂电阻温度计，集成控制模块。将标准铂电阻温度计和被测元件分别与所述集成控制模块的多功能电测仪表连接；将标准铂电阻温度计和被测元件放置于恒温工作区域的工作腔内加热；计算机通过预设程序自动控制恒温槽的升温，实时采集标准铂电阻温度计的电阻值以监测工作腔内的温度变化；待温场达到校准条件，计算机完成将采集的数据根据预设程序进行分析处理，自动生成校准报告。本发明的有益效果是：解决了现场校准连接线路复杂、携带仪器不便的困难，并使用计算机进行自动化校准，开拓了一体化温度变送器现场自动校准装置的新市场。

Description

一体化温度变送器现场自动校准系统及方法

技术领域

本发明属于温度计量技术领域，尤其涉及一种一体化温度变送器现场自动校准系统及方法。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，通过各种温度测量仪表获得温度的过程称为温度计量。温度计量在工业生产、医疗安全等方面具有重要的意义，一体化温度变送器作为重要的温度测量仪表具有广泛的应用价值。

温度计量仪表特别是一体化温度变送器的校准采用仪器包括标准铂电阻温度计及其配套电测仪表、一体化温度变送器配套电测仪表及其供电模块、便携式恒温槽，这些设备和元器件都是单独存在的，测量过程中连接线路复杂不易操作，因仪器未集成而携带不便；而且校准过程中需人工控制温度、判定温场、读取数据及处理，不仅工作量大，而且大量不确定因素的引入严重影响计量工作质量。一体化温度变送器的现场自动校准装置及自动校准方法在国内市场尚属空白，类似的仪器与专利也尚未出现。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种一体化温度变送器现场自动校准系统及方法，采用集成控制模块设计，解决了现场校准连接线路复杂、携带仪器不便的困难，并使用计算机进行自动化校准，开拓了一体化温度变送器现场自动校准装置的新市场。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种一体化温度变送器现场自动校准系统，其特征在于包括：

标准铂电阻温度计，测量过程中通过电阻值的变化反应所处温度变化的计量器具，用以实时监测工作腔内的温度偏差和温度波动性，在检定/校准被测温度计时作为标准器使用；

计算机，根据校准温度点的需要控制自动升温，实时采集标准铂电阻温度计的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定腔内温场是否符合校准要求，接收集成控制模块的数据，进行处理，生成校准报告；

集成控制模块，显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序。

还包括设有液体工作介质的恒温槽，所述集成控制模块设置在所述恒温槽内。

所述集成控制模块包括为被测元件提供工作电压的24V直流电源模块；多功能电测仪表，依次显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序；温度控制模块，控制液体工作介质的温度，用于给校准过程提供稳定均匀的温场。

所述温度控制模块包括恒温工作区域和温度控制仪表，所述温度控制仪表用于控制恒温工作区域内液体工作介质的温度，所述恒温工作区域为检测/校准过程提供稳定的温场。

所述温度控制仪表与所述计算机连接，所述恒温工作区域内充满液体工作介质，所述恒温工作区域内设有加热电阻丝、搅拌器、工作腔、控温热电阻，所述加热电阻丝、所述控温热电阻与所述温度控制仪表连接，用于给液体工作介质加热，所述搅拌器用于使液体工作介质的温度均匀，便于提供稳定的温场，所述工作腔内用于放置标准铂电阻温度计、一体化温度变送器。

一种一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于包括以下步骤：

将恒温槽内集成控制模块的24V直流电源模块与被测元件连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件分别与所述集成控制模块的多功能电测仪表连接，所述多功能电测仪表、所述温度控制模块通过通用I/O接口与所述计算机连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件放置于恒温工作区域的工作腔内，温度控制模块的控制仪表通过控制加热电阻丝对液体工作介质加热，实现对恒温工作区域的温度控制；

计算机根据校准温度点的需要，通过预设程序自动控制恒温槽升温，并且实时采集标准铂电阻的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定温场是否符合校准条件；待温场达到校准条件，计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行三个循环的数据读取，通过计算进而得到被测元件的误差，以便校正；同时将数据根据预设程序进行分析处理，自动生成校准报告。

其中，被测元件的误差计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{A}_t=\stackrel{\‾}{A_d}-[\frac{A_m}{t_m}(\stackrel{\‾}{t}-t_0)+A_0]$

其中：为被测元件被校点实际输出平均值，A_m为被测元件的输出量程，t_m为被测元件的输入量程，A₀为被测元件输出的理论下限值，为标准温度计测得的平均温度值；t₀为被测元件输入范围的下限值。

温场校准条件是指工作腔内的温度偏差小于±2℃；温度低于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.02℃，温度高于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.03℃。

计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行反复数据读取的顺序为标准铂电阻温度计--被测元件1--被测元件2------被测元件N--被测元件N--被测元件2--被测元件1--标准铂电阻温度计，3个循环，6组数据。

本发明的有益效果是：将多功能电测仪表、24V直流电源模块和恒温工作区域集成化设计，形成集成控制模块，解决了现场校准连接线路复杂、携带仪器不便的困难，具有集成化、便携式的特点；利用计算机程序实现校准过程的自动控制，包括温度控制、工作腔内温场是否符合校准要求的判定、数据读取和处理并生成校准报告，具有高自动化的特点，解决了人工控制温度、判定温场、读取数据及处理工作量大、计量工作质量低的问题。本发明的自动校准方法及相应的设备尚属空白，开拓了自动化校准的先例，在温度计量校准领域有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的计算机控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种具体实施方式做出说明。

本发明提供一种一体化温度变送器现场自动校准系统，其特征在于包括：

标准铂电阻温度计，测量过程中通过电阻值的变化反应所处温度变化的计量器具，用以实时监测工作腔内的温度偏差和温度波动性，在检定/校准被测温度计时作为标准器使用；

计算机，根据校准温度点的需要控制自动升温，实时采集标准铂电阻温度计的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定腔内温场是否符合校准要求，接收集成控制模块的数据，进行处理，生成校准报告；

集成控制模块，显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序。

还包括设有液体工作介质的恒温槽，所述集成控制模块设置在所述恒温槽内。

所述集成控制模块包括为被测元件提供工作电压的24V直流电源模块；多功能电测仪表，依次显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序；温度控制模块，控制液体工作介质的温度，用于给校准过程提供稳定均匀的温场。

所述温度控制模块包括恒温工作区域和温度控制仪表，所述温度控制仪表用于控制恒温工作区域内液体工作介质的温度，所述恒温工作区域为检测/校准过程提供稳定的温场。

所述温度控制仪表与所述计算机连接，所述恒温工作区域内充满液体工作介质，所述恒温工作区域内设有加热电阻丝、搅拌器、工作腔、控温热电阻，所述加热电阻丝、所述控温热电阻与所述温度控制仪表连接，用于给液体工作介质加热，所述搅拌器用于使液体工作介质的温度均匀，便于提供稳定的温场，所述工作腔内用于放置标准铂电阻温度计、一体化温度变送器。

一种一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于包括以下步骤：

将恒温槽内集成控制模块的24V直流电源模块与被测元件连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件分别与所述集成控制模块的多功能电测仪表连接，所述多功能电测仪表、所述温度控制模块通过通用I/O接口与所述计算机连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件放置于恒温工作区域的工作腔内，温度控制模块的控制仪表通过控制加热电阻丝对液体工作介质加热，实现对恒温工作区域的温度控制；

计算机根据校准温度点的需要，通过预设程序自动控制恒温槽升温，并且实时采集标准铂电阻的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定温场是否符合校准条件；待温场达到校准条件，计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行三个循环的数据读取，通过计算进而得到被测元件的误差，以便校正；同时将数据根据预设程序进行分析处理，自动生成校准报告。

其中，被测元件的误差计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{A}_t=\stackrel{\‾}{A_d}-[\frac{A_m}{t_m}(\stackrel{\‾}{t}-t_0)+A_0]$

其中：为被测元件被校点实际输出平均值，A_m为被测元件的输出量程，t_m为被测元件的输入量程，A₀为被测元件输出的理论下限值，为标准温度计测得的平均温度值；t₀为被测元件输入范围的下限值。

温场校准条件是指工作腔内的温度偏差小于±2℃；温度低于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.02℃，温度高于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.03℃。

计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行反复数据读取的顺序为标准铂电阻温度计--被测元件1--被测元件2------被测元件N--被测元件N--被测元件2--被测元件1--标准铂电阻温度计，3个循环，6组数据。实施例：

以一体化温度变送器为例，详细说明本发明的校准装置及校准过程，具体为：

本系统包括：标准铂电阻温度计，测量过程中通过电阻值的变化反应所处环境温度变化的计量器具，用以实时监测工作腔内的温度偏差和温度波动性，在检定/校准被测温度计时作为标准器使用；

计算机，根据校准温度点的需要控制自动升温，实时采集标准铂电阻温度计的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定腔内温场是否符合校准要求，接收集成控制模块的数据，进行处理，生成校准报告；

集成控制模块，显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序。

还包括设有液体工作介质的恒温槽，所述集成控制模块设置在所述恒温槽内。

所述集成控制模块包括为一体化温度变送器提供工作电压的24V直流电源模块；多功能电测仪表，依次显示标准铂电阻温度计的电阻值和一体化温度变送器的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序，多功能电测仪表的准确度为0.02级，其测量范围分别是：直流电压为0～12V，直流电流为0～30mA；电阻为0～100Ω；温度控制模块，控制液体工作介质的温度，用于给校准过程提供稳定均匀的温场。

所述温度控制模块包括恒温工作区域和温度控制仪表，温度控制仪表用于控制恒温工作区域内液体工作介质的温度，恒温工作区域为检测/校准过程提供稳定的温场。

校准时，将恒温槽内集成控制模块的24V直流电源模块与一体化温度变送器连接；

将标准铂电阻温度计和一体化温度变送器分别与所述集成控制模块的多功能电测仪表连接，所述多功能电测仪表、所述温度控制模块通过通用I/O接口与所述计算机连接；

将标准铂电阻温度计和一体化温度变送器放置于恒温工作区域的工作腔内，加热电阻丝对液体工作介质进行加热，温度控制模块的温度控制仪表对液体工作介质的温度进行控制，通过标准铂电阻温度计的数值观测工作腔内的条件是否符合要求；

计算机根据校准温度点的需要，通过预设程序自动控制恒温槽升温，并且实时采集标准铂电阻的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定温场是否符合校准条件；选用测温范围为(0～100)℃的一体化温度变送器，根据规范它需要校准的温度点有0℃、25℃、50℃、75℃和100℃，也可根据用户选取，温度从低到高依次进行校准，第一个温度点为0℃，然后继续进行下一个温度点的校正，即0℃校准完毕以后依次进行25℃、然后是50℃、75℃、100℃的校准。如果100℃校准完毕，计算机则提醒校准完毕，生成校准报告。

待温场达到校准条件(工作腔内的温度偏差小于±2℃，温度低于200℃时10min内的温度波动不大于±0.02℃，温度高于200℃时10min内的温度波动不大于±0.03；垂直温差不大于10mK，水平温差不大于5mK)，计算机对标准铂电阻温度计电阻值和一体化温度变送器的输出电流值进行反复6次数据读取，根据国家校准规范JJF1183-2007《温度变送器校准规范》的要求，采集顺序为标准铂电阻温度计--一体化温度变送器1—一体化温度变送器2--一体化温度变送器3--一体化温度变送器3--一体化温度变送器2—一体化温度变送器1--标准铂电阻温度计，3个循环，6遍数据。然后将数据根据计算机的预设程序进行分析处理，自动生成校准报告，并按照下述公式计算误差：

$\mathrm{\Δ}{A}_t=\stackrel{\‾}{A_d}-[\frac{A_m}{t_m}(\stackrel{\‾}{t}-t_0)+A_0]$

其中：为一体化温度变送器被校点实际输出平均值，A_m为一体化温度变送器的输出量程，t_m为一体化温度变送器的输入量程，A₀为一体化温度变送器输出的理论下限值，为标准温度计测得的平均温度值；t₀为一体化温度变送器输入范围的下限值。

即完成对该一体化温度变送器的校准工作，该校准方法校准精准度高，是高自动化的校准过程。

如图1所示，计算机通过预设程序自动控制校准工作的过程为：通过设置通信端口，根据输入信息，确定需要校准的温度点，程序开始控制恒温槽升温，当温场不符合设置温度时，程序继续控制恒温槽进行温度调节直至该温度点满足温场要求，达到要求的温场条件，计算机开始采集数据，同时将数据写入excel文件，每个数据点采集结束后，会进入下一个温度点的温度控制，重复上述控制过程，直至所有温度点数据的数据采集完成，经过数据处理生成相应的校准记录。

本发明不限于一体化温度变送器的校准，其他类似校准形式的温度计量仪表也可使用本系统和方法进行校准。

以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化温度变送器现场自动校准系统，其特征在于包括：

标准铂电阻温度计，测量过程中通过电阻值的变化反应所处温度变化的计量器具，用以实时监测工作腔内的温度偏差和温度波动性，在检定/校准被测温度计时作为标准器使用；

计算机，根据校准温度点的需要控制自动升温，实时采集标准铂电阻温度计的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定腔内温场是否符合校准要求，接收集成控制模块的数据，进行处理，生成校准报告；

集成控制模块，显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序。

2.根据权利要求1所述的现场自动校准系统，其特征在于还包括设有液体工作介质的恒温槽，所述集成控制模块设置在所述恒温槽内。

3.根据权利要求1或2所述的现场自动校准系统，其特征在于所述集成控制模块包括为被测元件提供工作电压的24V直流电源模块；多功能电测仪表，依次显示标准铂电阻温度计的电阻值和被测元件的输出电流值，同时将采集数据送至计算机的预设程序；温度控制模块，控制液体工作介质的温度，用于给校准过程提供稳定均匀的温场。

4.根据权利要求3所述的现场自动校准系统，其特征在于所述温度控制模块包括恒温工作区域和温度控制仪表，所述温度控制仪表用于控制恒温工作区域内液体工作介质的温度，所述恒温工作区域为检测/校准过程提供稳定的温场。

5.根据权利要求4所述的现场自动校准系统，其特征在于所述温度控制仪表与所述计算机连接，所述恒温工作区域内充满液体工作介质，所述恒温工作区域内设有加热电阻丝、搅拌器、工作腔、控温热电阻，所述加热电阻丝、所述控温热电阻与所述温度控制仪表连接，用于给液体工作介质加热，所述搅拌器用于使液体工作介质的温度均匀，便于提供稳定的温场，所述工作腔内用于放置标准铂电阻温度计、一体化温度变送器。

6.一种一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于包括以下步骤：

将恒温槽内集成控制模块的24V直流电源模块与被测元件连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件分别与所述集成控制模块的多功能电测仪表连接，所述多功能电测仪表、所述温度控制模块通过通用I/O接口与所述计算机连接；

将标准铂电阻温度计和被测元件放置于恒温工作区域的工作腔内，温度控制模块的控制仪表通过控制加热电阻丝对液体工作介质加热，实现对恒温工作区域的温度控制；

计算机根据校准温度点的需要，通过预设程序自动控制恒温槽升温，并且实时采集标准铂电阻的电阻值以监测工作腔内的温度变化，通过温度偏差和温度波动性判定温场是否符合校准条件；待温场达到校准条件，计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行三个循环的数据读取，通过计算进而得到被测元件的误差，以便校正；同时将数据根据预设程序进行分析处理，自动生成校准报告。

7.根据权利要求6所述的一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于被测元件的误差计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{A}_t=\stackrel{\‾}{A_d}-[\frac{A_m}{t_m}(\stackrel{\‾}{t}-t_0)+A_0]$

其中：为被测元件被校点实际输出平均值，A_m为被测元件的输出量程，t_m为被测元件的输入量程，A₀为被测元件输出的理论下限值，为标准温度计测得的平均温度值；t₀为被测元件输入范围的下限值。

8.根据权利要求6所述的一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于温场校准条件是指工作腔内的温度偏差小于±2℃；温度低于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.02℃，温度高于200℃时，10min内的温度波动不大于±0.03℃。

9.根据权利要求6所述的一体化温度变送器现场自动校准方法，其特征在于计算机对标准铂电阻温度计电阻值和被测元件的输出电流值进行反复数据读取的顺序为标准铂电阻温度计--被测元件1--被测元件2------被测元件N--被测元件N--被测元件2--被测元件1--标准铂电阻温度计，3个循环，6组数据。