工業熱電阻自動檢定系統的軟體設計與開發論文
工業熱電阻自動檢定系統的軟體設計與開發論文
為滿足工業熱電阻自動檢定需求，透過對工業熱電阻檢定系統和檢定方法的分析，設計和開發一套工業熱電阻自動檢定系統軟體。以.NET Framework 4.0為開發平臺，採用c/s結構以及C#開發語言完成系統軟體的設計與實現。經測試，該軟體能實現自動控溫、自動判斷恆溫條件、自動採集和記錄測量資料、自動計算、自動生成原始記錄和證書，並且能完成標準器、檢定人員、原始記錄以及證書的有效管理。
引言
工業熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度計量器具。由於其測量準確、效能穩定、使用可靠、互換性好，在工業過程測量和控制中的應用極其廣泛，提高工業熱電阻檢定結果的準確度和檢定工作的效率對工業發展極其重要。為此，國內外都進行了一定的研究，國外主要採用自動檢定系統對工業熱電阻進行檢定;國內大部分企事業單位還採用人工方式進行工業熱電阻檢定。隨著電子技術和計算機軟體開發技術的發展，部分企業或研究院所研製出了能滿足檢定要求的自動檢定系統，但價格昂貴，而且不對外開放，實驗室人員無法根據自己的需求進行改進。因此，為提高自動檢定系統的價效比，滿足實驗室檢定需求，完善系統軟體的資料管理功能，本文設計和開發了工業熱電阻自動檢定系統軟體。
1 系統組成結構及基本功能
1.1 系統組成結構
工業熱電阻自動檢定系統由資料採集裝置、自動控溫裝置、恆溫裝置、計算機、通用印表機和自主研發的專用軟體組成，結構如圖1所示。
系統工作時，將標準鉑電阻溫度計和被檢工業熱電阻溫度計一起插入恆溫槽中，各感測器的引線按要求透過多通道感測器轉接盒連線到多資料採集裝置上，連線控溫儀與恆溫槽，資料採集裝置和控溫儀透過RS-232介面與計算機連線。系統軟體透過RS-232通訊埠向控溫儀傳送控溫指令，向資料採集裝置傳送指令採集標準鉑電阻溫度計的值，並判斷叵溫槽槽溫是否滿足檢定條件，如果不滿足則繼續當前溫度的控溫，如果滿足則按照檢定規程的要求向資料採集裝置傳送指令;資料採集裝置按順序讀取標準鉑電阻溫度計和被檢溫度計的值，並透過串列埠將測量值傳給計算機，同時由系統軟體進行測量資料的儲存和處理。然後控制下一個溫度點，重複上述工作，直到完成所有設定的檢定溫度點後，透過軟體生成檢定證書，從而實現工業熱電阻溫度感測器的自動檢定。
1.2 系統基本功能
1)可對不同分度號和不同線制的工業熱電阻進行檢定。
2)系統的控溫裝置和資料採集可採用手動或自動方式。
3)系統軟體能夠自動掃描控溫裝置和資料採集裝置對應的RS-232埠號，設定資料採集裝置的取樣引數;同時能對標準器和檢定人員進行管理;具備顯示恆溫裝置控溫曲線、設定溫度、實際溫度、實時測量的電勢值或電阻值、波動度、開始時間、結束時間以及當前狀態等資訊的功能，並能實時顯示迴圈取樣資料。
4)具有斷電保護功能，軟體在非正常退出的情況下，可以自動儲存當前狀態和檢定資料，重啟系統後能夠繼續當前檢定任務。
5)能夠自動完成工業熱電阻檢定，自動控溫、自動判斷恆溫條件、自動採集和記錄測量資料、自動計算、自動生成原始記錄和證書。
6)能夠查詢歷史記錄和證書。
2 系統硬體介紹
系統硬體主要包括資料採集裝置、自動控溫裝置兩部分。資料採集裝置包括資料採集器和低熱電勢轉換開關。資料採集器用來接收計算機發送的指令，然後按指令進行測量設定，並將測量得到的資料傳送給計算機由軟體進行相關處理。選用2700資料採集器和7700開關模組組成系統資料採集裝置。
自動控溫裝置用於接收計算機的`控溫指令，實現系統恆溫槽和檢定爐的溫度控制和超溫保護。系統溫度控制裝置由宇電五位數字表、固態繼電器、交流接觸器等組成。
3 系統軟體設計
系統軟體部分採用C/S模式開發，採用C#作為開發語言，Visual Studi02010作為開發工具，NETFrame work4.0作為開發平臺，結合通訊技術、資料庫技術開發一套能實現溫度感測器檢定系統自動控溫、自動檢定和自動分析處理資料的軟體。
3.1 軟體功能結構
軟體主要包括系統管理、檢定任務和檢定結果3個功能模組，其功能結構如圖2所示。系統管理部分主要完成標準器管理、通訊設定、取樣設定和人員管理。檢定任務部分主要完成被檢溫度計資訊錄入、檢定溫度點設定、標準器選擇、檢定專案設定、通道掃描測試以及檢定任務的執行。檢定結果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準證書。
使用者開啟系統軟體，首先進行通訊引數、控溫引數和資料採集相關引數的設定，然後開始檢定任務資訊設定，包括錄入被檢溫度計資訊、設定檢定專案及恆溫效能引數、設定檢定溫度點、選擇標準器，然後測試系統連線資料採集通道直到所有通道狀態正常，方可開始執行檢定任務。檢定任務完成後控制恆溫裝置的溫度，達到穩定和檢定條件後，保溫並巡迴檢定各被檢溫度感測器資料，檢定完成後自動儲存並處理測量資料。
3.2 軟體詳細設計
3.2.1 系統管理模組
系統管理部分主要完成通訊設定、標準器管理、取樣設定和人員管理。通訊設定主要完成上位機與控溫儀、數字多用表通訊連線引數設定，上位機透過串列埠線將控溫儀和2700數字多用表連線。系統能夠自動掃描每個裝置對應的串列埠號，掃描過程中介面為灰色提示使用者等待，計算機逐個掃描串列埠，完成後顯示於介面中。系統能自動記錄使用者上次的配置資訊，保存於xml配置檔案，並在使用者下次開啟本系統時預設顯示該配置資訊。需要設定的通訊引數有波特率、資料位、校驗位、停止位、握手協議，主要實現對標準器資訊的建立、更新、刪除功能。使用者可新增標準器資訊，所有錄入的標準器在列表中顯示，使用者可以選中列表中任一行，該行標準器資訊自動顯示在引數控制元件中，使用者可編輯該引數進行標準器資訊的修改，或選中某一行資訊進行刪除。系統根據標準器的有效期自動判斷到期時間，並提前一個月提示檢定人員送檢。取樣設定模組主要完成資料採集裝置取樣頻率、單點取樣次數、控溫階段取樣間隔和保溫階段取樣間隔設定。人員管理模組主要完成檢定人員和核驗人員資訊新增、修改、刪除以及資質到期提示。
3.2.2 檢定任務模組
檢定任務部分主要完成被檢溫度計資訊錄入、檢定溫度點設定、標準器選擇、檢定專案設定、通道掃描測試以及檢定任務的執行。使用者進入檢定任務模組後，首先錄入被檢溫度計資訊，然後設定檢定專案和對應的恆溫效能引數，設定被檢溫度點、選擇使用的標準器，這些資訊配置完成後，可以進行通道測試。檢定任務開始後，首先向控溫儀傳送控溫指令，然後採集標準器的資料，實時顯示控溫曲線，同時判斷是否滿足檢定條件，當滿足條件時，則開始按照規程測量標準器和被檢溫度計電阻值。在檢定過程中，系統實時顯示標準器和被檢溫度計測量值。檢定任務完成後，系統停止控溫和資料採集。其流程如圖3所示。
3.2.3 檢定結果模組
檢定結果部分主要完成檢定記錄查詢、生成原始記錄和檢定、校準證書。使用者可以輸入檢定時間段、檢定記錄編號、被檢溫度計出廠編號、送檢單位查詢歷史檢定記錄，記錄顯示於列表中。使用者可以選擇一個記錄編號生成該批檢定的原始記錄，選擇某一支溫度計編號生成該支溫度計的檢定和校準證書。證書生成是根據選擇的溫度計編號查詢相關資料庫，並按照檢定結果計算方法得出檢定結果，然後將相關資料填充到證書模板，匯出檢定證書或校準證書。檢定結果計算及判斷流程如圖4所示。
4 系統測試結果
經測試，本系統滿足JJG 229——2010《工業鉑、銅熱電阻檢定規程》、JJF 1098——2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統校準規範》的要求，系統執行良好，能有效提高工作效率，降低人為誤差。系統實現的技術指標如表1所示。
系統執行檢定任務時，軟體可實時顯示控溫曲線、設定溫度、實際溫度、實際測量值、十分鐘波動度以及任務開始時間、結束時間、當前狀態等資訊。透過輸入檢定起始時間和結束時間或者檢定記錄編號、溫度計編號、送檢單位資訊可以查詢歷史檢定記錄，可選擇某一記錄編號生成對應的原始記錄和證書。
5 結束語
本文開發的工業熱電阻自動檢定系統軟體，介面易用、操作步驟簡單，能實現自動控溫、自動判斷恆溫條件、自動採集和記錄測量資料、自動計算、自動生成原始記錄和證書、可查詢原始記錄和證書等功能。此外，系統軟體提供的標準器、人員資質到期提示功能以及形成的原始記錄和證書資料庫使實驗室的管理更加有效和規範。且該系統總體價格相對較低，在技術指標和效能上能滿足國家相關檢定規程要求，能實現工業熱電阻的自動檢定。