CN107687911A - 一种热工仪表智能校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热工仪表智能校准系统及方法，系统包括上位机、校准平台，校准平台包括控制单元、数字可编程标准源、标准恒温槽、信号调理电路、CCD相机、数据采集卡、图像采集卡；控制单元用于根据上位机的校准指令控制数字可编程标准源输出和标准恒温槽温度；数字可编程标准源用于校准不带传感器的温度变送器；标准恒温槽用于校准带传感器的温度变送器和指针式温度计；信号调理电路用于将变送器输出信号传输至数据采集卡；CCD相机用于获取待校准的指针式温度计的表盘图像；上位机用于接收数据采集卡和图像采集卡的信号进行分析处理，自动生成校准报告。本发明可同时对多台仪表进行校准，自动生成报表，整个校准过程自动化程度高。

Description

一种热工仪表智能校准系统及方法

技术领域

本发明涉及温度计量技术领域，具体涉及一种热工仪表智能校准系统及方法。

背景技术

在日常生活、工业生产、农业等领域温度测量与控制具有重要的意义。设备的运行状况、生产的质量往往可通过温度、压力等参数间接反映，因此温度测量的准确性对生产设备的监控起着重要作用。温度变送器是一类常被用于工业过程温度参数测量和控制的仪表，其工作原理是利用热电阻或热电偶等温度传感器将温度变量转换成标准信号线性直流信号输出并直接显示其温度值。但是温度变送器在长期使用过程中，测量精度将受影响，导致测量结果存在较大误差甚至出错，因此有必要定期对温度变送器进行校准。传统温度变送器的校准方法是利用独立的标准源模拟温度传感器（如热电阻与热电偶）的输出信号作为温度量，通过比对温度变送器显示值与输入值之间的温度误差，判别温度变送器是否满足标准。这种校准模式单次仅能校验单台变送器，且需要人工实时进行操作和记录，校验时间较长；同时，由于温度变送器应用范围广且数量较大，多台温度变送器校准时，一方面易对便携式的温度变送器校验仪的精度造成影响；另一方面长时间的重复操作易导致疲劳操作，从而带来安全事故隐患。

在电力系统中，温度变送器常常与变压器温度计配套实现对电力变压器温度的监控，电力变压器的运行状况影响着电力系统的安全可靠运行，绕组超温运行导致变压器绝缘老化在变压器故障中占有很大比例，因此变压器油温的测量对于预防变压器故障有着极其重要的意义。变压器温度计在长期使用过程中，同样需要进行定期校准以保证其温度测量的精度。变压器温度计传统校准方法是将温度计的温包置于恒温液体槽中，通过目力观察温度计仪表读数，与恒温槽的预置温度进行比较并分析其误差范围，这种校准方式无法实现温度计表盘数据的自动读取及动作设定点的自动检定，且需要人员现场记录，耗时长。

温度变送器、变压器温度计等热工仪表的整个校准过程往往需要检测多点温度值，以保证校准的准确性。而目前热工仪表校准系统还停留在现场设备检验或自动化程度较低的阶段，每次校准时都要进行繁杂的连线和预处理过程，校准用设备体积大、重量重，不便于携带，给现场校准带来困难。现有的便携式校验仪单次只能对单台变送器进行校验，效率低；利用恒温槽进行多路校验，虽然可以进行多台检测，但恒温槽达到要求实验温度所需时间较长，对于多点测量仍会耗费大量时间。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明提出一种热工仪表智能校准系统及方法，实现对多台温度变送器和油浸式变压器测温装置（指针式仪表）的智能校准，操作简便、自动化程度高、可多通道同时校准。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，

一种热工仪表智能校准系统，包括上位机、校准平台，所述校准平台包括控制单元、数字可编程标准源、标准恒温槽、信号调理电路、CCD相机、数据采集卡、图像采集卡；

所述控制单元分别与数字可编程标准源和标准恒温槽电连接，用于根据上位机的校准指令控制数字可编程标准源输出和标准恒温槽温度；

所述数字可编程标准源的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端连接，用于校准不带传感器的温度变送器；

所述标准恒温槽用于校准带传感器的温度变送器和指针式温度计；

所述信号调理电路的一端与待校准的不带传感器的温度变送器或带传感器的温度变送器的输出端电连接，另一端与数据采集卡电连接，用于将输出信号转换成数据采集卡允许的电压范围并传输至数据采集卡；

所述CCD相机与图像采集卡电连接，用于获取待校准的指针式温度计的表盘图像；

所述上位机分别与所述数据采集卡、图像采集卡和控制单元连接，用于发送校准指令给控制单元，接收数据采集卡和图像采集卡的信号进行分析处理，自动生成校准报告。

进一步地，所述标准恒温槽包括底座、槽体及工作液，所述槽体为圆筒状，安装在底座上，所述底座设有加热器，所述槽体外侧壁设有一层冷却层，所述冷却层内设置有冷却循环装置，所述加热器和冷却循环装置与所述控制单元连接，所述槽体中装有多扇叶螺旋搅拌器、第一标准铂电阻和第二标准铂电阻，所述多扇叶螺旋搅拌器由电机驱动旋转，用于均衡工作液温度；所述第一标准铂电阻安装于槽体上部，所述第二标准铂电阻安装于槽体下部，所述第一标准铂电阻、第二标准铂电阻和电机与所述数据采集卡连接，所述电机的驱动信号由上位机经由数据采集卡提供。

进一步地，所述上位机包括人机交互界面、登录模块、设置模块、电机控制模块、数据处理模块和报表打印模块，所述登录模块用于用户登录、修改用户密码、设置用户权限、增减用户、记录用户使用历史，所述设置模块用于设置校准试验参数，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息，所述电机控制模块用于产生电机的驱动信号，经由数据采集卡提供，从而驱动多扇叶螺旋搅拌器运转；所述数据处理模块用于对数据采集卡和图像采集卡所采集的数据进行处理，并根据处理结果形成校准指令发送给控制单元，所述报表打印模块用于存储校准过程数据和表盘图像，并将校准结果按规定校准报表格式打印。

进一步地，所述数字可编程标准源包括数字可编程电压源，用于校准电压输入型温度传感器，所述数字可编程电压源包括依次连接的第一隔离控制模块、第一DAC控制器、第一信号调理模块、第一功率放大模块、第一滤波器和第一隔离采样模块，所述第一隔离控制模块的输入端和第一隔离采样模块分别与控制单元内第一比较调整模块连接，所述第一滤波器的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；所述第一隔离控制模块将第一比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第一DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，所述第一隔离采样模块将第一滤波器输出的电压信号反馈给第一比较调整模块。

进一步地，所述数字可编程标准源包括数字可编程电流源，用于校准电流输入型温度传感器，所述数字可编程电流源包括依次连接的第二隔离控制模块、第二DAC控制器、第二信号调理模块、第二功率放大模块、第二滤波器、电流输出跟随模块、取样模块和第二隔离采样模块，所述第二隔离控制模块的输入端和第二隔离采样模块分别与控制单元内第二比较调整模块连接，一基准电源VDD和电流输出跟随模块的源端分别与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；所述第二隔离控制模块将第二比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第二DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，所述电流输出跟随模块和取样模块用于电压到电流的转换，所述第二隔离采样模块将取样模块输出的电流信号反馈给第二比较调整模块。

进一步地，所述数字可编程标准源包括数字可编程电阻源，用于校准电阻输入型温度传感器，所述数字可编程电阻源包括数字可控电位器，所述数字可控电位器的一端与控制单元内第三比较调整模块连接，另一端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接，所述数字可控电位器根据第三比较调整模块的输出控制信号调整电阻值。

进一步地，所述校准平台还包括按键模块、显示模块和通信模块，所述按键模块、显示模块和通信模块分别与所述控制单元连接，所述按键模块用于手动配置校准参数，所述通信模块用于实现控制单元与上位机之间的信息传输。

一种热工仪表智能校准方法，包括不带传感器的温度变送器校准子方法、带传感器的温度变送器校准子方法和指针式温度计校准子方法，

所述不带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤A1：将待校准的不带传感器的温度变送器的输入端与其对应的数字可编程标准源连接，所述数字可编程标准源包括数字可编程电压源、数字可编程电流源和数字可编程电阻源；

步骤A2：将待校准的不带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤A3：通过上位机对校准试验参数进行设置，所述校准试验参数包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤A4：上位机自动根据温度-电信号之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电信号，控制单元根据标准化电信号和数字可编程标准源输出的反馈电信号之差控制数字可编程标准源的输出；

步骤A5：当数字可编程标准源输出与校准温度点对应的标准化电信号之间的误差满足要求后，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的不带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤A6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤A7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤B1：将待校准的带传感器的温度变送器的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤B2：将待校准的带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤B3：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤B4：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤B5：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤B6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤B7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述指针式温度计校准子方法包括以下步骤：

步骤C1：将指针式温度计的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤C2：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤C3：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤C4：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，CCD相机获取指针式温度计的表盘图像并经图像采集卡传输至上位机；

步骤C5：上位机对表盘读数进行自动识别，得到本次校准温度点的测量值；

步骤C6：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印。

进一步地，所述步骤A4具体为：待校准仪表为电压输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电压之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电压，设为U_S，数字可编程电压源反馈的电压信号设为U_BF，控制单元根据U_S与U_BF之差控制数字可编程电压源输出；待校准仪表为电流输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电流之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电流，设为I_S，数字可编程电流源反馈的电流信号设为I_BF，控制单元根据I_S与I_BF之差控制数字可编程电流源输出；待校准仪表为电阻输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电阻之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电阻，设为R₁，数字可编程电阻源保存的前一次电阻值设为R₀，控制单元根据R₁与R₀之差控制数字可编程电阻源输出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）自带热工仪表校准需要的标准源和智能化的上位机，可根据校准前设定的校准温度点，自行对仪表进行校准，同时配合上位机，对测量误差进行分析并生成校准结果输出，节省校准时间和人为投入，最大限度的减少人为因素等对结果的影响，满足现场校准的要求。

（2）标准源有两类，一类是用于校准带传感器的温度变送器和指针式温度计的恒温槽，另一类是用于校准不带传感器的温度变送器的标准源。前者自带高低温自动循环系统，从而确保槽内温度能够快速达到标准要求，同时装设独特的多扇叶螺旋搅拌器，使得槽内温度均衡，形成稳定的均匀的温度场；后者采用可编程的闭环控制模式，结合DAC变换器功能设计16位高精度的数字可编程AC-DC电压源、电流源、电阻源。

（3）智能化的上位机能够实现指针仪表读数自动识别，通过对校准前后指针式仪表图像信息进行预处理，再利用图像处理技术对指针圆心和指针指向进行定位，从而自动识别表盘读数，解决传统指针式仪表校准过程中目力观察所带来的不便和人为误差。同时，上位机还具有对温度变送器标准化输出信号进行采集、处理和分析的功能，自动根据热工仪表校准规范要求自动生成校准报告出处。

附图说明

图1是本发明一种热工仪表智能校准系统整体示意图；

图2是本发明标准恒温槽示意图；

图3是本发明数字可编程标准源结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种热工仪表智能校准系统，包括上位机、校准平台，校准平台包括控制单元、数字可编程标准源、标准恒温槽、信号调理电路、CCD相机、数据采集卡、图像采集卡；

控制单元分别与数字可编程标准源和标准恒温槽电连接，用于根据上位机的校准指令控制数字可编程标准源输出和标准恒温槽温度；

数字可编程标准源的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端连接，用于校准不带传感器的温度变送器；

标准恒温槽用于校准带传感器的温度变送器和指针式温度计；

信号调理电路的一端与待校准的不带传感器的温度变送器或带传感器的温度变送器的输出端电连接，另一端与数据采集卡电连接，用于将输出信号转换成数据采集卡允许的电压范围并传输至数据采集卡；

CCD相机与图像采集卡电连接，用于获取待校准的指针式温度计的表盘图像；

校准平台还包括按键模块、显示模块和通信模块，按键模块、显示模块和通信模块分别与控制单元连接，按键模块用于手动配置校准参数，通信模块用于实现控制单元与上位机之间的信息传输；

上位机分别与数据采集卡、图像采集卡和控制单元连接，用于发送校准指令给控制单元，接收数据采集卡和图像采集卡的信号进行分析处理，自动生成校准报告。

上位机包括人机交互界面、登录模块、设置模块、电机控制模块、数据处理模块和报表打印模块，所述登录模块用于用户登录、修改用户密码、设置用户权限、增减用户、记录用户使用历史，所述设置模块用于设置校准试验参数，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息，所述电机控制模块用于产生电机的驱动信号，经由数据采集卡提供，从而驱动多扇叶螺旋搅拌器运转；所述数据处理模块用于对数据采集卡和图像采集卡所采集的数据进行处理，并根据处理结果形成校准指令发送给控制单元，所述报表打印模块用于存储校准过程数据和表盘图像，并将校准结果按规定校准报表格式打印。

如图2所示，标准恒温槽包括底座、槽体及工作液，槽体为圆筒状，安装在底座上，底座设有加热器，槽体外侧壁设有一层冷却层，冷却层内设置有冷却循环装置，加热器和冷却循环装置与控制单元连接，槽体中装有多扇叶螺旋搅拌器、第一标准铂电阻和第二标准铂电阻，多扇叶螺旋搅拌器由电机驱动旋转，从而使得槽体内工作液处于流动状态，在加热或冷却过程中均衡工作液温度；第一标准铂电阻安装于槽体上部，第二标准铂电阻安装于槽体下部，第一标准铂电阻、第二标准铂电阻和电机与数据采集卡连接，电机的驱动信号由上位机经由数据采集卡提供。

数字可编程标准源如图3所示，为满足多校准温度点的要求，三类标准源均为数字可编程电源，由控制单元调控各类标准源输出值。数字可编程电流源和电压源采用基于DAC设计原理，转换精度为16位，同时采用闭环的控制模式，实时闭环检测输出信号配合控制单元调控输出使其满足温度变送器校准所需的精度等级。

数字可编程标准源包括数字可编程电压源，用于校准电压输入型温度传感器，数字可编程电压源包括依次连接的第一隔离控制模块、第一DAC控制器、第一信号调理模块、第一功率放大模块、第一滤波器和第一隔离采样模块，第一隔离控制模块为16位并入串出，第一隔离控制模块的输入端和第一隔离采样模块分别与控制单元内第一比较调整模块连接，第一滤波器的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；第一隔离控制模块将第一比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第一DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，该数字可编程电压源的输出可调范围为0-Vref，可调电压间隔为Vref/1024，为了实现多台仪表同时校准要求标准源的功率必须满足最大允许校准仪表数对输入标准源总功率的需求，同时精度要求达到0.02级。第一隔离采样模块将第一滤波器输出的电压信号反馈给第一比较调整模块。

数字可编程标准源包括数字可编程电流源，用于校准电流输入型温度传感器，数字可编程电流源包括依次连接的第二隔离控制模块、第二DAC控制器、第二信号调理模块、第二功率放大模块、第二滤波器、电流输出跟随模块、取样模块和第二隔离采样模块，第二隔离控制模块为16位并入串出，第二隔离控制模块的输入端和第二隔离采样模块分别与控制单元内第二比较调整模块连接，一基准电源VDD和电流输出跟随模块的源端分别与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；第二隔离控制模块将第二比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第二DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，电流输出跟随模块和取样模块用于电压到电流的转换，取样模块选用标准电阻，第二隔离采样模块将取样模块输出的电流信号反馈给第二比较调整模块，通过修正控制单元输出控制量达到调控输出电流至满足校准规范中对电流源的要求，精度要求0.02级。

数字可编程标准源包括数字可编程电阻源，用于校准电阻输入型温度传感器，数字可编程电阻源包括数字可控电位器，数字可控电位器具有掉电保存功能，在下次开机前，电阻源输出的阻值为前一次阻值。数字可控电位器的一端与控制单元内第三比较调整模块连接，另一端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接，第三比较调整模块的输出控制数字可控电位器阻值调整方向和阻值偏差脉冲量。

一种热工仪表智能校准方法，包括不带传感器的温度变送器校准子方法、带传感器的温度变送器校准子方法和指针式温度计校准子方法，

不带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤A1：将待校准的不带传感器的温度变送器的输入端与其对应的数字可编程标准源连接，数字可编程标准源包括数字可编程电压源、数字可编程电流源和数字可编程电阻源；

步骤A2：将待校准的不带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤A3：通过上位机对校准试验参数进行设置，所述校准试验参数包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤A4：待校准仪表为电压输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电压之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电压，设为U_S，数字可编程电压源反馈的电压信号设为U_BF，控制单元根据U_S与U_BF之差控制数字可编程电压源输出；待校准仪表为电流输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电流之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电流，设为I_S，数字可编程电流源反馈的电流信号设为I_BF，控制单元根据I_S与I_BF之差控制数字可编程电流源输出；待校准仪表为电阻输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电阻之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电阻，设为R₁，数字可编程电阻源保存的前一次电阻值设为R₀，控制单元根据R₁与R₀之差控制数字可编程电阻源输出；

步骤A5：当数字可编程标准源输出与校准温度点对应的标准化电信号之间的误差满足要求后，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的不带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤A6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤A7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤B1：将待校准的带传感器的温度变送器的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤B2：将待校准的带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤B3：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤B4：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤B5：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤B6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤B7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述指针式温度计校准子方法包括以下步骤：

步骤C1：将指针式温度计的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤C2：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤C3：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤C4：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，CCD相机获取指针式温度计的表盘图像并经图像采集卡传输至上位机；

步骤C5：上位机对图像信息进行处理和回显，以回显后的图像作为分析对象，对图像进行平滑、降噪等预处理，再进行表盘定位和读数的自动识别，得到本次校准温度点的测量值；

步骤C6：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印。

系统可以同时对多台不同工作类型的温度变送器进行校准，每次校准时，只需要按照根据温度变送器的工作原理选取不同的标准源，完成前期接线后，即可利用系统自动完成校准任务，整个校准过程自动化程度高，同时系统将分类保存整个校准过程的测试数据和校准报告。

系统可以实现同时对多台仪表的校准，每次校准的测试数据和校准报告都将根据预设的程序分类保存在计算机，上位机还兼备调阅历史测试数据的功能，可对已校准的仪表信息、校准过程数据、最终校准报告进行查阅。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种热工仪表智能校准系统，包括上位机、校准平台，其特征在于：所述校准平台包括控制单元、数字可编程标准源、标准恒温槽、信号调理电路、CCD相机、数据采集卡、图像采集卡；

所述控制单元分别与数字可编程标准源和标准恒温槽电连接，用于根据上位机的校准指令控制数字可编程标准源输出和标准恒温槽温度；

所述数字可编程标准源的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端连接，用于校准不带传感器的温度变送器；

所述标准恒温槽用于校准带传感器的温度变送器和指针式温度计；

所述信号调理电路的一端与待校准的不带传感器的温度变送器或带传感器的温度变送器的输出端电连接，另一端与数据采集卡电连接，用于将输出信号转换成数据采集卡允许的电压范围并传输至数据采集卡；

所述CCD相机与图像采集卡电连接，用于获取待校准的指针式温度计的表盘图像；

所述上位机分别与所述数据采集卡、图像采集卡和控制单元连接，用于发送校准指令给控制单元，接收数据采集卡和图像采集卡的信号进行分析处理，自动生成校准报告。

2.根据权利要求1所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述标准恒温槽包括底座、槽体及工作液，所述槽体为圆筒状，安装在底座上，所述底座设有加热器，所述槽体外侧壁设有一层冷却层，所述冷却层内设置有冷却循环装置，所述加热器和冷却循环装置与所述控制单元连接，所述槽体中装有多扇叶螺旋搅拌器、第一标准铂电阻和第二标准铂电阻，所述多扇叶螺旋搅拌器由电机驱动旋转，用于均衡工作液温度；所述第一标准铂电阻安装于槽体上部，所述第二标准铂电阻安装于槽体下部，所述第一标准铂电阻、第二标准铂电阻和电机与所述数据采集卡连接，所述电机的驱动信号由上位机经由数据采集卡提供。

3.根据权利要求2所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述上位机包括人机交互界面、登录模块、设置模块、电机控制模块、数据处理模块和报表打印模块，所述登录模块用于用户登录、修改用户密码、设置用户权限、增减用户、记录用户使用历史，所述设置模块用于设置校准试验参数，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息，所述电机控制模块用于产生电机的驱动信号，经由数据采集卡提供，从而驱动多扇叶螺旋搅拌器运转；所述数据处理模块用于对数据采集卡和图像采集卡所采集的数据进行处理，并根据处理结果形成校准指令发送给控制单元，所述报表打印模块用于存储校准过程数据和表盘图像，并将校准结果按规定校准报表格式打印。

4.根据权利要求1所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述数字可编程标准源包括数字可编程电压源，用于校准电压输入型温度传感器，所述数字可编程电压源包括依次连接的第一隔离控制模块、第一DAC控制器、第一信号调理模块、第一功率放大模块、第一滤波器和第一隔离采样模块，所述第一隔离控制模块的输入端和第一隔离采样模块分别与控制单元内第一比较调整模块连接，所述第一滤波器的输出端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；所述第一隔离控制模块将第一比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第一DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，所述第一隔离采样模块将第一滤波器输出的电压信号反馈给第一比较调整模块。

5.根据权利要求1所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述数字可编程标准源包括数字可编程电流源，用于校准电流输入型温度传感器，所述数字可编程电流源包括依次连接的第二隔离控制模块、第二DAC控制器、第二信号调理模块、第二功率放大模块、第二滤波器、电流输出跟随模块、取样模块和第二隔离采样模块，所述第二隔离控制模块的输入端和第二隔离采样模块分别与控制单元内第二比较调整模块连接，一基准电源VDD和电流输出跟随模块的源端分别与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接；所述第二隔离控制模块将第二比较调整模块的输出控制信号转换成16位二进制开关，第二DAC控制器内置的加权网络和输出放大单元通过16位二进制开关对基准电压Vref进行转换从而实现分压，所述电流输出跟随模块和取样模块用于电压到电流的转换，所述第二隔离采样模块将取样模块输出的电流信号反馈给第二比较调整模块。

6.根据权利要求1所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述数字可编程标准源包括数字可编程电阻源，用于校准电阻输入型温度传感器，所述数字可编程电阻源包括数字可控电位器，所述数字可控电位器的一端与控制单元内第三比较调整模块连接，另一端与待校准的不带传感器的温度变送器的输入端电连接，所述数字可控电位器根据第三比较调整模块的输出控制信号调整电阻值。

7.根据权利要求1所述的一种热工仪表智能校准系统，其特征在于，所述校准平台还包括按键模块、显示模块和通信模块，所述按键模块、显示模块和通信模块分别与所述控制单元连接，所述按键模块用于手动配置校准参数，所述通信模块用于实现控制单元与上位机之间的信息传输。

8.一种热工仪表智能校准方法，其特征在于，包括不带传感器的温度变送器校准子方法、带传感器的温度变送器校准子方法和指针式温度计校准子方法，

所述不带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤A1：将待校准的不带传感器的温度变送器的输入端与其对应的数字可编程标准源连接，所述数字可编程标准源包括数字可编程电压源、数字可编程电流源和数字可编程电阻源；

步骤A2：将待校准的不带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤A3：通过上位机对校准试验参数进行设置，所述校准试验参数包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤A4：上位机自动根据温度-电信号之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电信号，控制单元根据标准化电信号和数字可编程标准源输出的反馈电信号之差控制数字可编程标准源的输出；

步骤A5：当数字可编程标准源输出与校准温度点对应的标准化电信号之间的误差满足要求后，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的不带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤A6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤A7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述带传感器的温度变送器校准子方法包括以下步骤：

步骤B1：将待校准的带传感器的温度变送器的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤B2：将待校准的带传感器的温度变送器的输出端连接至对应的信号调理电路；

步骤B3：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤B4：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤B5：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，数据采集卡将经信号调理电路处理后的待校准的带传感器的温度变送器输出信号发送至上位机；

步骤B6：上位机对输出信号进行处理，得到本次校准温度点的测量值；

步骤B7：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印；

所述指针式温度计校准子方法包括以下步骤：

步骤C1：将指针式温度计的感温元件放置于标准恒温槽工作区域内；

步骤C2：通过上位机对校准试验参数进行设置，包括待校准仪表数量、仪表测量范围、仪表工作模式、仪表型号、校准温度点和计量员信息；

步骤C3：标准恒温槽槽体上部的第一标准铂电阻和槽体下部的第二标准铂电阻检测标准恒温槽工作区域当前温度，并经数据采集卡发送至上位机，上位机自动根据校准温度点和标准恒温槽工作区域当前温度发送校准指令至控制单元，控制单元控制标准恒温槽的加热器或冷却循环装置工作，同时由上位机驱动标准恒温槽槽体内的多扇叶螺旋搅拌器工作；

步骤C4：当标准恒温槽工作区域温度达到校准温度点且槽内上下温度均衡时，CCD相机获取指针式温度计的表盘图像并经图像采集卡传输至上位机；

步骤C5：上位机对表盘读数进行自动识别，得到本次校准温度点的测量值；

步骤C6：根据校准规范对校准温度点进行上行、下行并多次循环测量后，由上位机对校准结果按规定校准报表格式打印。

9.根据权利要求8所述的一种热工仪表智能校准方法，其特征在于，所述步骤A4具体为：待校准仪表为电压输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电压之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电压，设为U_S，数字可编程电压源反馈的电压信号设为U_BF，控制单元根据U_S与U_BF之差控制数字可编程电压源输出；待校准仪表为电流输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电流之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电流，设为I_S，数字可编程电流源反馈的电流信号设为I_BF，控制单元根据I_S与I_BF之差控制数字可编程电流源输出；待校准仪表为电阻输入型温度传感器时，上位机自动根据温度-电阻之间的关系将设置的校准温度点换算成标准化电阻，设为R₁，数字可编程电阻源保存的前一次电阻值设为R₀，控制单元根据R₁与R₀之差控制数字可编程电阻源输出。