CN108332882A - 炉温跟踪仪检定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明炉温跟踪仪检定系统，属于炉温跟踪仪的技术领域；解决的技术问题为：提供一种可模拟炉温跟踪仪实际测温环境的炉温跟踪仪检定系统；采用的技术方案为：炉温跟踪仪检定系统，包括壳体，所述壳体的内部设置有隔热层，所述隔热层将壳体内部分隔为测试室和加热室；所述测试室内设置有第一加热元件，所述隔热层上设置有通道，所述加热室内设置有炉温跟踪仪和第二加热元件；所述第一加热元件用于为热电偶的热端提供温度场，所述第二加热元件用于为炉温跟踪仪提供温度场，所述热电偶的冷端通道后与所述炉温跟踪仪连接；所述第一加热元件的输入端、第二加热元件的输入端均有控制器相连。
Description
技术领域
本发明炉温跟踪仪检定系统，属于炉温跟踪仪的技术领域。
背景技术
炉温跟踪仪是测量各种热加工过程产品温度分布的一种仪器，仪器本身可以再高温下工作，仪器随工件（工装架）进入热处理炉，得到整个工艺过程产品的表面和中心的实际温度曲线、烘炉温度分布情况；整个测温过程，仪器的内部温度会从室温升温至60~80℃。
虽然，炉温跟踪仪作为一种热处理工艺全程温度跟踪设备已经广泛应用在多个行业，但其本身还没有相应的检定标准，即：无法检定“炉温跟踪仪”是否“合格”或满足某项“标准”；一般计量院所（机构），都是在合理室温下，在炉温跟踪仪的热电偶输入端，给定某种（K型、N型、S型等）代表温度热电偶的毫伏值，观察炉温跟踪仪的测量结果和输入值之间的差值，经过不确定度分析，给出炉温跟踪仪的校准报告；也就是说：炉温跟踪仪在现实中的使用与计量院所（机构）的校准方式之间存在本质区别。
计量院所（机构）的恒定室温，无法测量炉温跟踪仪在自身温度逐步升高的过程中，是否可以保持热电偶的温度补偿精度和测量精度；如：热电偶的热端（工件上），可能恒定150℃，但是，随着仪器内部（热电偶冷端）温度的逐渐升高，仪器测温结果，很可能就不是150℃了，甚至会出现较大偏差。
由于炉温跟踪仪中的热电偶的温度补偿的其偏差，将直接影响测温精度，因此，一种可模拟炉温跟踪仪实际测温环境的炉温跟踪仪检定系统就显得尤为重要。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可模拟炉温跟踪仪实际测温环境的炉温跟踪仪检定系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：炉温跟踪仪检定系统，包括壳体，所述壳体的内部设置有隔热层，所述隔热层将壳体内部分隔为测试室和加热室；所述测试室内设置有第一加热元件，所述隔热层上设置有通道，所述加热室内设置有炉温跟踪仪和第二加热元件；所述第一加热元件用于为热电偶的热端提供温度场，所述第二加热元件用于为炉温跟踪仪提供温度场，所述热电偶的冷端通道后与所述炉温跟踪仪连接；所述第一加热元件的输入端、第二加热元件的输入端均有控制器相连。
优选地，所述测试室内还设置有第一测温器，所述第一测温器的信号输出端与控制器相连。
优选地，所述加热室内设置有多个第二测温器，每个所述第二测温器的信号输出端与控制器相连。
优选地，还包括风扇，所述的风扇用于使加热室内形成循环热风，保持加热室的温度均匀。
优选地，所述控制器为型号为STM32F103RCT6的嵌入式微控制器。
优选地，所述第一加热元件包括：电阻R25、光电耦合器U21、电阻R26、电阻R27、半导体加热片T0，所述电阻R25的一端分别与电阻R24的一端、控制器的引脚PA11相连，所述电阻R24的另一端串接发光二极管LED21后接地；所述电阻R25的另一端与光电耦合器U21的正极相连，所述光电耦合器U21的负极与电阻R27的一端、半导体加热片T0的负极连接后接地，所述光电耦合器U21的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U21的发射极串接电阻R26后与导体加热片T0的正极相连。
优选地，所述第二加热元件包括：电阻R21、光电耦合器U20、电阻R22、电阻R23、继电器DA40A、电阻R60、开关S1、加热丝Heater和保险丝PTC；所述电阻R21的一端分别与电阻R20的一端、控制器的引脚PA4相连，所述电阻R20的另一端串接发光二极管LED20后接地，所述电阻R21的另一端与光电耦合器U20的正极相连，所述光电耦合器U20的负极与电阻R23的一端、继电器DA40A的输入负端连接后接地，所述光电耦合器U20的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U20的发射极串接电阻R22后与电阻R23的另一端、继电器DA40A的输入正端相连，所述继电器DA40A的第一输出端与开关S1的一端、加热丝Heater的一端均相连，所述开关S1的另一端与220V电源输入端相连，所述220V电源输入端串接保险丝PTC后与加热丝Heater的另一端、电阻R60的一端相连，所述电阻R60的另一端与继电器DA40A的第二输出端相连。
优选地，所述通道采用蜂窝状陶瓷材料制成，或采用耐热200℃材质制成。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明中，所述的隔热层可以屏蔽测试室和加热室的温度场，通过第二加热元件可以使炉温跟踪仪保持在设定的温度场中，通过第一加热元件可以提供热电偶热端的温度场；本发明可以模拟出温跟踪仪在实际应用中逐步升温的温度场，同时保持热电偶的热端温度保持不变，以测试温跟踪仪在不同的自身（热电偶冷端）温度下的测量精度，实用性极强。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中第一加热元件的电路原理图；
图3为本发明中第二加热元件的电路原理图；
图4为本发明中第一测温器的电路原理图；
图5为本实施例中四个第二测温器的电路原理图；
图6为本实施例中控制器及其外围电路的电路原理图；
图7为本实施例中电源电路的电路原理图；
图中：1为壳体，2为隔热层，3为热电偶，4为控制器，5为风扇；
11为测试室，12为加热室，21为通道；
111为第一加热元件，112为第一测温器，121为炉温跟踪仪，122为第二加热元件，123为第二测温器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的结构示意图，如图1所示，炉温跟踪仪检定系统，包括壳体1，所述壳体1的内部设置有隔热层2，所述隔热层2将壳体1内部分隔为测试室11和加热室12；所述测试室11内设置有第一加热元件111，所述隔热层2上设置有通道21，所述加热室12内设置有炉温跟踪仪121和第二加热元件122；所述第一加热元件111用于为热电偶3的热端提供温度场，所述第二加热元件122用于为炉温跟踪仪121提供温度场，所述热电偶3的冷端穿过通道21后与所述炉温跟踪仪121连接；所述第一加热元件111的输入端、第二加热元件122的输入端均有控制器4相连，所述控制器4为型号为STM32F103RCT6的嵌入式微控制器。
本发明中，所述的隔热层2可以屏蔽测试室11和加热室12的温度场，通过第二加热元件122可以使炉温跟踪仪121保持在设定的温度场中，通过第一加热元件111可以提供热电偶3热端的温度场；本发明可以模拟出温跟踪仪121在实际应用中逐步升温的温度场，同时保持热电偶3的热端温度保持不变，以测试温跟踪仪121在不同的自身（热电偶冷端）温度下的测量精度。
利用本发明提供的炉温跟踪仪检定系统，对炉温跟踪仪121的检定过程为：
（1）将待检定的炉温跟踪仪121启动后，放入加热室12中，并连接热电偶3；
（2）将加热室12的温度设定为40℃；测试室11的温度设定为40℃；
待加热室12及测试室11温度场均匀后，保温5分钟；
然后，将测试室11的温度设定为50℃，待测试室11温度场均匀后，保温5分钟；依次类推，将测试室11的温度，以每次递增10℃的方式，最终设定至150℃；
（3）将测试室11的温度保持在150℃；
（4）将加热室12温度，设定为50℃，加热室温度场均匀后，保温5分钟；
然后，将加热室12的温度设定为60℃，保温5分钟；
（5）将测试室11的温度设定为120℃，重复步骤（4）；
（6）将测试室11的温度设定为90℃，重复步骤（4）；
（7）分别测试炉温跟踪仪121的多个通道，可依次重复（1）~（6）。
测试结束后，使用被检定炉温跟踪仪121的软件，读取温度数据，并进行数据分析，以检定炉温跟踪仪121的精度等指标。
图2为本发明中第一加热元件的电路原理图，如图2所示，所述第一加热元件111包括：电阻R25、光电耦合器U21、电阻R26、电阻R27、半导体加热片T0，所述电阻R25的一端分别与电阻R24的一端、控制器4的引脚PA11相连，所述电阻R24的另一端串接发光二极管LED21后接地；所述电阻R25的另一端与光电耦合器U21的正极相连，所述光电耦合器U21的负极与电阻R27的一端、半导体加热片T0的负极连接后接地，所述光电耦合器U21的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U21的发射极串接电阻R26后与半导体加热片T0的正极相连；本实施例中，控制器4通过光电耦合器U21，以隔离方式，控制加热片T0工作。
图3为本发明中第二加热元件的电路原理图，如图3所示，所述第二加热元件122包括：电阻R21、光电耦合器U20、电阻R22、电阻R23、继电器DA40A、电阻R60、开关S1、加热丝Heater和保险丝PTC；所述电阻R21的一端分别与电阻R20的一端、控制器4的引脚PA4相连，所述电阻R20的另一端串接发光二极管LED20后接地，所述电阻R21的另一端与光电耦合器U20的正极相连，所述光电耦合器U20的负极与电阻R23的一端、继电器DA40A的输入负端连接后接地，所述光电耦合器U20的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U20的发射极串接电阻R22后与电阻R23的另一端、继电器DA40A的输入正端相连，所述继电器DA40A的第一输出端与开关S1的一端、加热丝Heater的一端均相连，所述开关S1的另一端与220V电源输入端相连，所述220V电源输入端串接保险丝PTC后与加热丝Heater的另一端、电阻R60的一端相连，所述电阻R60的另一端与继电器DA40A的第二输出端相连；本发明中控制器4通过光电耦合器U20，以隔离方式，控制继电器DA40A，进而控制开关S1给加热丝Heater供电。
具体地，所述测试室11内还设置有第一测温器112，所述第一测温器112的信号输出端与控制器4相连，图4为本发明中第一测温器的电路原理图，如图4所示，所述第一测温器112包括：传感器T5，所述传感器T5为型号为PT100的温度传感器，所述传感器T5的引脚1分别与电阻R51的一端、放大器U512的引脚5相连，所述电阻R51的另一端分别与电阻R52的一端、4.096V电源端相连，所述电阻R52的另一端分别与电阻53的一端、放大器U513的引脚5相连，所述电阻R53的另一端串接电阻R54后与传感器T5的引脚2相连，所述传感器T5的引脚3接地；所述放大器U512的引脚3分别与电阻R55的一端、电阻R57的一端相连，所述电阻R55的另一端分别与电阻R56的一端、放大器U513的引脚3相连，所述电阻R57的另一端分别与放大器U512的引脚6、电阻R59的一端相连，所述电阻R59的另一端分别与电阻R511的一端、放大器U514的引脚2相连，所述电阻R511的另一端接地；所述电阻R56的另一端分别与放大器U513的引脚6、电阻R58的一端相连，所述电阻R58的另一端分别与电阻R510的一端、放大器U514的引脚3相连，所述电阻R510的另一端分别与放大器U514的引脚6、所述第一测温器112的信号输出端相连，所述第一测温器112的信号输出端与控制器4的引脚PB1相连，所述放大器U512的引脚4、放大器U513的引脚7、放大器U514的引脚7均与-12V电源端相连，所述放大器U512的引脚7、放大器U513的引脚4、放大器U514的引脚4均与12V电源端相连；所述放大器U512、放大器U513、放大器U514的型号均为OP07CS；本实施例中，所述的放大器U512、放大器U513、放大器U514组成差分放大电路，将传感器T5的电阻变化（与温度成线性关系），转换并放大输出为电压信号，该信号传递至控制器4，使得控制器4可以测量半导体加热片T0的温度场。
进一步地，所述加热室12内设置有多个第二测温器123，每个所述第二测温器123的信号输出端与控制器4相连；本实施例中，所述第二测温器123的数量为4个，图5为本实施例中四个第二测温器的电路原理图，如图5所示，所述四个第二测温器的信号输出端分别与控制器4的引脚PC4、控制器4的引脚PC5相连、控制器4的引脚PB0、控制器4的引脚PA7相连。
本实施例中，还包括风扇5，所述的风扇5用于使加热室12内形成循环热风，保持加热室12的温度均匀；
具体地，所述通道21采用蜂窝状陶瓷材料制成，或采用耐热200℃材质制成，上述材料可保证热电偶在通过的同时，隔离两边温度场的对流空气。
图6为本实施例中控制器及其外围电路的电路原理图，如图7所示，所述控制器4还通过控制器4的引脚PA13、引脚PA14连接有下载接口P1，所述控制器4还通过控制器4的引脚PA9、引脚PA2、引脚PA10、引脚PA3连接有RS232通讯接口电路；此外，本实施例中所述的控制器4还可通过控制器4的引脚PA3、引脚PA5、引脚PA6、引脚PA9与外接按键电路相连。
图7为本实施例中电源电路的电路原理图，本实施例中提及的24V电源端、 4.096V电源端均由电源电路提供。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：包括壳体（1），所述壳体（1）的内部设置有隔热层（2），所述隔热层（2）将壳体（1）内部分隔为测试室（11）和加热室（12）；
所述测试室（11）内设置有第一加热元件（111），所述隔热层（2）上设置有通道（21），所述加热室（12）内设置有炉温跟踪仪（121）和第二加热元件（122）；
所述第一加热元件（111）用于为热电偶（3）的热端提供温度场，所述第二加热元件（122）用于为炉温跟踪仪（121）提供温度场，所述热电偶（3）的冷端穿过通道（21）后与所述炉温跟踪仪（121）连接；
所述第一加热元件（111）的输入端、第二加热元件（122）的输入端均有控制器（4）相连。
2.根据权利要求1所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述测试室（11）内还设置有第一测温器（112），所述第一测温器（112）的信号输出端与控制器（4）相连。
3.根据权利要求1所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述加热室（12）内设置有多个第二测温器（123），每个所述第二测温器（123）的信号输出端与控制器（4）相连。
4.根据权利要求1所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：还包括风扇（5），所述的风扇（5）用于使加热室（12）内形成循环热风，保持加热室（12）的温度均匀。
5.根据权利要求1所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述控制器（4）为型号为STM32F103RCT6的嵌入式微控制器。
6.根据权利要求5所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述第一加热元件（111）包括：电阻R25、光电耦合器U21、电阻R26、电阻R27、半导体加热片T0，所述电阻R25的一端分别与电阻R24的一端、控制器（4）的引脚PA11相连，所述电阻R24的另一端串接发光二极管LED21后接地；
所述电阻R25的另一端与光电耦合器U21的正极相连，所述光电耦合器U21的负极与电阻R27的一端、半导体加热片T0的负极连接后接地，所述光电耦合器U21的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U21的发射极串接电阻R26后与导体加热片T0的正极相连。
7.根据权利要求5所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述第二加热元件（122）包括：电阻R21、光电耦合器U20、电阻R22、电阻R23、继电器DA40A、电阻R60、开关S1、加热丝Heater和保险丝PTC；
所述电阻R21的一端分别与电阻R20的一端、控制器（4）的引脚PA4相连，所述电阻R20的另一端串接发光二极管LED20后接地，所述电阻R21的另一端与光电耦合器U20的正极相连，所述光电耦合器U20的负极与电阻R23的一端、继电器DA40A的输入负端连接后接地，所述光电耦合器U20的集电极与24V电源端相连，所述光电耦合器U20的发射极串接电阻R22后与电阻R23的另一端、继电器DA40A的输入正端相连，所述继电器DA40A的第一输出端与开关S1的一端、加热丝Heater的一端均相连，所述开关S1的另一端与220V电源输入端相连，所述220V电源输入端串接保险丝PTC后与加热丝Heater的另一端、电阻R60的一端相连，所述电阻R60的另一端与继电器DA40A的第二输出端相连。
8.根据权利要求1所述的炉温跟踪仪检定系统，其特征在于：所述通道（21）采用蜂窝状陶瓷材料制成，或采用耐热200℃材质制成。
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