航空计测技术
AVIATION METROLOGY & MEASUREMENT TECHNOLOGY
1999年 第19卷 第5期 Vol.19 No.5 1999



表面温度传感器自动检定系统
吴　方　邹炜坤　吴　疆
　　摘　要　介绍了一种用于表面温度传感器检定的数据采集、处理系统，此系统具有操作简单，使用方便，运行可靠等特点。
　　关键词　表面温度　传感器　自动检定
Auto-verification System of Surface Temperature Sensor
Wu Fang,Zhou Weikun,Wu Jiang
　　Abstract　The acquisition and processing system using for verification of surface temperature sensor is presented in this paper.This system has features of being easy to be operated,being convenient to be used and being reliable to be operated.
　　Key words　Surface temperature,Sensor,Auto-verification
　　表面温度传感器是专门用于测量物体表面温度的传感器，它被广泛地用于航空、航天、化工、纺织等各个领域。目前国内常用的表面温度传感器分为以铂热电阻作为敏感元件和以热电偶作为敏感元件两类。
　　表面温度传感的检定不同于其它工业铂热电阻及热电偶的检定方式，它是将被检传感器与标准器同时贴在检定用热源的表面，因而测量数据的准确性在很大程度上受到检定用热源周围环境的影响。检定用热源周围环境的变化、测量过程的长短无疑都将给测量结果带来误差。如果利用微机自动测试系统从事检定过程的数据采集及处理，就可以将检定炉与测试人员分别隔离在两个房间，减小检定炉周围的环境变化，同时通过提高测量速度，可以起到提高检定质量，确保量值传递准确可靠的作用。本文介绍一种利用微机实现表面温度传感器自动检定及测量的方法。
1　表面温度传感器的检定方法
　　表面温度传感器的检定包括外观检查、绝缘电阻检查及示值检定三个部分，自动检定系统用于表面温度传感器的示值检定项目。不同温度范围的接触式表面温度传感器所使用的示值检定设备是不同的，通常按三段温度区域划分：
　　1)温度范围为－60～30 °C的接触式表面温度传感器在制冷恒温槽中用比较法检定，其方法是将表面测温杯放入恒温槽上端，使恒温槽中介质浸没测温杯的外部，将传感器紧密地贴放在测温杯的底部进行示值测定。
　　2)30～200 °C的接触式表面温度传感器在表面热管炉中作比较检定，其方法是将被检传感器紧密地贴附在热管炉表面上进行示值测定。
　　3)200～650 °C的接触式表面温度传感器在准绝热幅射屏式表面温度检定炉中检定，方法同2)。
　　无论哪种检定方法，都是根据被检传感器的类型选择铂热电阻或标准热电偶作为标准，从被检传感器使用范围中选取上、中、下三个温度点进行示值检定或根据用户要求确定检定点。检定时自动检定系统采集标准及被检传感器数据顺序如图1示。


图1
2　表面温度传感器自动检定系统的组成及功能
　　自动检定系统的硬件部分由微机、Keithley-2000型数据采集器、扫描器、显示器、打印机组成。硬件的组成部分与不同范围的检定炉一同构成一套完整的接触式表面温度传感器自动检定系统，系统框图如图2所示。


图2　自动检定系统组成框图
　　系统工作时将被检表面温度传感器贴在检定炉光滑的测量平面上，然后将被检表面热电偶或铂电阻温度传感器的引线接在Keithley-2000型数据采集器的扫描卡上，该扫描卡一次可以接入热电偶或两线铂电阻温度传感器十只或者接入四线铂电阻温度传感器五只，接线检查无误后将扫描卡插入2000型数据采集器中。
　　Keithley-2000是一个带有RS232标准接口的6位半高精度数据采集器，检定时通过此接口将数据采集器与计算机连接，由软件来实现计算机对数据采集器的遥控，从而完成整个自动检定系统的工作。即：实时显示测量数据、采集数据、作出检定结果的判定、打印检定记录、打印检定证书。
3　表面温度传感器自动检定系统软件的设计
　　系统软件的设计以ITS-90国际温标、检定规程JJG684-90，JJG364-94为依据，严格遵守规程中的各项要求。软件采用VISUAL BASIC编制，可运行于WINDOWS95的中文平台。由于VISUAL BASIC具有很强的用户界面设计能力，因而在整个软件的运行过程中操作人员可以在提示下很方便地在计算机上完成表面温度传感器的示值检定、打印检定数据、打印检定证书、数据库查询等工作，软件流程图如图3所示。






图3　软件流程图
4　表面温度传感器检定数据的处理
　　由于该系统中数据采集器所采集的数据含有的各种噪声及干扰，会给测量结果带来误差，所以我们可以通过模拟滤波或者通过软件的办法来有效地消除其影响。本系统中我们采用的是第二种方法即在软件的编制中采用比较取舍法，该法可用于剔除测量数据中的粗大误差，其数学模型为设有一组等精度测量值x1,……,xn，分别计算其算术平均值及标准差σ
　　(1)
　　(2)
式中，n为测量次数，(i＝1，2，…，n)
　　依据3σ准则，若｜xi－｜＞3σ，则xi为含有粗大误差的值，将xi剔除，用剩下的测量值重新计算平均值及标准偏差σ后，仍按上述步骤进行判断，直至不存在含有粗大误差的xi值，最终的测量值为不含有粗大误差的十个测量数据的平均值。
5　结论
　　表面温度传感器自动检定系统经反复多次使用及考察，其检定结果与手动检定结果相吻合，且与手动方式比较具有更高的准确性及可靠性，减少了导致表面温度测量误差的误差源。该系统的特点是实现了计算机对数据的自动采集、整理、显示和记录，并可对采集到的数据在屏幕上以动态波形的方式显示，且能实时对采集数据进行判断及粗大误差的剔除。
作者单位：北京长城计量测试技术研究所,北京市,100095
参考文献
　1　Keithley-2000型数据采集器使用手册
　2　JJG684-90表面铂热电阻检定规程
　3　JJG364-94表面温度计检定规程
