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工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)的軟件設計與開發(fā)論文
為滿足工業(yè)熱電阻自動檢定需求，通過對工業(yè)熱電阻檢定系統(tǒng)和檢定方法的分析，設計和開發(fā)一套工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件。以.NET Framework 4.0為開發(fā)平臺，采用c/s結構以及C#開發(fā)語言完成系統(tǒng)軟件的設計與實現。經測試，該軟件能實現自動控溫、自動判斷恒溫條件、自動采集和記錄測量數據、自動計算、自動生成原始記錄和證書，并且能完成標準器、檢定人員、原始記錄以及證書的有效管理。
引言
工業(yè)熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度計量器具。由于其測量準確、性能穩(wěn)定、使用可靠、互換性好，在工業(yè)過程測量和控制中的應用極其廣泛，提高工業(yè)熱電阻檢定結果的準確度和檢定工作的效率對工業(yè)發(fā)展極其重要。為此，國內外都進行了一定的研究，國外主要采用自動檢定系統(tǒng)對工業(yè)熱電阻進行檢定;國內大部分企事業(yè)單位還采用人工方式進行工業(yè)熱電阻檢定。隨著電子技術和計算機軟件開發(fā)技術的發(fā)展，部分企業(yè)或研究院所研制出了能滿足檢定要求的自動檢定系統(tǒng)，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(tǒng)的性價比，滿足實驗室檢定需求，完善系統(tǒng)軟件的數據管理功能，本文設計和開發(fā)了工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件。
1 系統(tǒng)組成結構及基本功能
1.1 系統(tǒng)組成結構
工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)由數據采集裝置、自動控溫裝置、恒溫設備、計算機、通用打印機和自主研發(fā)的專用軟件組成，結構如圖1所示。
系統(tǒng)工作時，將標準鉑電阻溫度計和被檢工業(yè)熱電阻溫度計一起插入恒溫槽中，各傳感器的引線按要求通過多通道傳感器轉接盒連接到多數據采集裝置上，連接控溫儀與恒溫槽，數據采集裝置和控溫儀通過RS-232接口與計算機連接。系統(tǒng)軟件通過RS-232通信端口向控溫儀發(fā)送控溫指令，向數據采集裝置發(fā)送指令采集標準鉑電阻溫度計的值，并判斷叵溫槽槽溫是否滿足檢定條件，如果不滿足則繼續(xù)當前溫度的控溫，如果滿足則按照檢定規(guī)程的要求向數據采集裝置發(fā)送指令;數據采集裝置按順序讀取標準鉑電阻溫度計和被檢溫度計的值，并通過串口將測量值傳給計算機，同時由系統(tǒng)軟件進行測量數據的保存和處理。然后控制下一個溫度點，重復上述工作，直到完成所有設置的檢定溫度點后，通過軟件生成檢定證書，從而實現工業(yè)熱電阻溫度傳感器的自動檢定。
1.2 系統(tǒng)基本功能
1)可對不同分度號和不同線制的工業(yè)熱電阻進行檢定。
2)系統(tǒng)的控溫設備和數據采集可采用手動或自動方式。
3)系統(tǒng)軟件能夠自動掃描控溫裝置和數據采集裝置對應的RS-232端口號，設置數據采集裝置的采樣參數;同時能對標準器和檢定人員進行管理;具備顯示恒溫設備控溫曲線、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(tài)等信息的功能，并能實時顯示循環(huán)采樣數據。
4)具有斷電保護功能，軟件在非正常退出的情況下，可以自動保存當前狀態(tài)和檢定數據，重啟系統(tǒng)后能夠繼續(xù)當前檢定任務。
5)能夠自動完成工業(yè)熱電阻檢定，自動控溫、自動判斷恒溫條件、自動采集和記錄測量數據、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(tǒng)硬件介紹
系統(tǒng)硬件主要包括數據采集裝置、自動控溫裝置兩部分。數據采集裝置包括數據采集器和低熱電勢轉換開關。數據采集器用來接收計算機發(fā)送的指令，然后按指令進行測量設置，并將測量得到的數據傳送給計算機由軟件進行相關處理。選用2700數據采集器和7700開關模塊組成系統(tǒng)數據采集裝置。
自動控溫裝置用于接收計算機的控溫指令，實現系統(tǒng)恒溫槽和檢定爐的溫度控制和超溫保護。系統(tǒng)溫度控制裝置由宇電五位數字表、固態(tài)繼電器、交流接觸器等組成。
3 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件部分采用C/S模式開發(fā)，采用C#作為開發(fā)語言，Visual Studi02010作為開發(fā)工具，NETFrame work4.0作為開發(fā)平臺，結合通信技術、數據庫技術開發(fā)一套能實現溫度傳感器檢定系統(tǒng)自動控溫、自動檢定和自動分析處理數據的軟件。
3.1 軟件功能結構
軟件主要包括系統(tǒng)管理、檢定任務和檢定結果3個功能模塊，其功能結構如圖2所示。系統(tǒng)管理部分主要完成標準器管理、通信設置、采樣設置和人員管理。檢定任務部分主要完成被檢溫度計信息錄入、檢定溫度點設置、標準器選擇、檢定項目設置、通道掃描測試以及檢定任務的執(zhí)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。
用戶打開系統(tǒng)軟件，首先進行通信參數、控溫參數和數據采集相關參數的設置，然后開始檢定任務信息設置，包括錄入被檢溫度計信息、設置檢定項目及恒溫性能參數、設置檢定溫度點、選擇標準器，然后測試系統(tǒng)連接數據采集通道直到所有通道狀態(tài)正常，方可開始執(zhí)行檢定任務。檢定任務完成后控制恒溫設備的溫度，達到穩(wěn)定和檢定條件后，保溫并巡回檢定各被檢溫度傳感器數據，檢定完成后自動保存并處理測量數據。
3.2 軟件詳細設計
3.2.1 系統(tǒng)管理模塊
系統(tǒng)管理部分主要完成通信設置、標準器管理、采樣設置和人員管理。通信設置主要完成上位機與控溫儀、數字多用表通信連接參數設置，上位機通過串口線將控溫儀和2700數字多用表連接。系統(tǒng)能夠自動掃描每個設備對應的串口號，掃描過程中界面為灰色提示用戶等待，計算機逐個掃描串口，完成后顯示于界面中。系統(tǒng)能自動記錄用戶上次的配置信息，保存于xml配置文件，并在用戶下次開啟本系統(tǒng)時默認顯示該配置信息。需要設置的通信參數有波特率、數據位、校驗位、停止位、握手協(xié)議，主要實現對標準器信息的創(chuàng)建、更新、刪除功能。用戶可新增標準器信息，所有錄入的標準器在列表中顯示，用戶可以選中列表中任一行，該行標準器信息自動顯示在參數控件中，用戶可編輯該參數進行標準器信息的修改，或選中某一行信息進行刪除。系統(tǒng)根據標準器的有效期自動判斷到期時間，并提前一個月提示檢定人員送檢。采樣設置模塊主要完成數據采集裝置采樣頻率、單點采樣次數、控溫階段采樣間隔和保溫階段采樣間隔設置。人員管理模塊主要完成檢定人員和核驗人員信息新增、修改、刪除以及資質到期提示。
3.2.2 檢定任務模塊
檢定任務部分主要完成被檢溫度計信息錄入、檢定溫度點設置、標準器選擇、檢定項目設置、通道掃描測試以及檢定任務的執(zhí)行。用戶進入檢定任務模塊后，首先錄入被檢溫度計信息，然后設置檢定項目和對應的恒溫性能參數，設定被檢溫度點、選擇使用的標準器，這些信息配置完成后，可以進行通道測試。檢定任務開始后，首先向控溫儀發(fā)送控溫指令，然后采集標準器的數據，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(guī)程測量標準器和被檢溫度計電阻值。在檢定過程中，系統(tǒng)實時顯示標準器和被檢溫度計測量值。檢定任務完成后，系統(tǒng)停止控溫和數據采集。其流程如圖3所示。
3.2.3 檢定結果模塊
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。用戶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，記錄顯示于列表中。用戶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數據庫，并按照檢定結果計算方法得出檢定結果，然后將相關數據填充到證書模板，導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(tǒng)測試結果
經測試，本系統(tǒng)滿足JJG 229——2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》、JJF 1098——2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)校準規(guī)范》的要求，系統(tǒng)運行良好，能有效提高工作效率，降低人為誤差。系統(tǒng)實現的技術指標如表1所示。
系統(tǒng)執(zhí)行檢定任務時，軟件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(tài)等信息。通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、送檢單位信息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(fā)的工業(yè)熱電阻自動檢定系統(tǒng)軟件，界面易用、操作步驟簡單，能實現自動控溫、自動判斷恒溫條件、自動采集和記錄測量數據、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(tǒng)軟件提供的標準器、人員資質到期提示功能以及形成的原始記錄和證書數據庫使實驗室的管理更加有效和規(guī)范。且該系統(tǒng)總體價格相對較低，在技術指標和性能上能滿足國家相關檢定規(guī)程要求，能實現工業(yè)熱電阻的自動檢定。
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