【正文】 系統(tǒng)一次可同時(shí)檢定八支熱電偶，對(duì)于熱電偶可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便快捷、大批量、高精度的有效測(cè)試和檢定。第一個(gè)檢定點(diǎn)檢定完畢后，繼續(xù)升溫，又重復(fù)上述 (3)、 (4)步，直到所有檢定點(diǎn)檢定完畢 ［ 17］ 。 (4)控溫算法實(shí)現(xiàn)模塊 該模塊根據(jù)不同輸入偏差 e和偏差變化率 ec，通過檢索模糊控制查詢表，在線修正 PID控制器的參數(shù)，再計(jì)算 PID控制器的輸出值，由計(jì)算機(jī)的 D／ A接口輸出 4～ 20mA信號(hào)，控制檢定爐的加熱電壓，達(dá)到檢定爐溫度自動(dòng)控制。 由于模糊控制器輸出是一個(gè)模糊集合，它無法對(duì)精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行控制，必須進(jìn)行精確化計(jì)算，得出此模糊集中最有代表意義的確定值，作為系統(tǒng)的輸出控制，采用重心法，即加權(quán)平均法 ［ 14］ 。 ])[])([()( nnnn CCCCCA N D BACA N D BAA N D BAC ??????????????? ? （ ） 其中 ])[()( 39。 規(guī)則如果 Ai且 Bi，那么 Ci的模糊關(guān)系可以表示為： CiBiAi ??? ?? ][ （ ） 在推理計(jì)算過程中可以寫成并集形式。但 KD過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 29 圖 E、 EC、△ KP、△ KI、△ KD隸屬度函數(shù) 根據(jù)上面 E、 EC、△ KP、△ KI、△ KD隸屬度函數(shù)，可以近似的得出各個(gè)語言變量的賦值表如下表 ： 表 語言變量賦值表 變量 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 語言變量 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ZO 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PID 參數(shù)模糊調(diào)整規(guī)則 參數(shù)模糊自調(diào)整 PID控制器就是找出在不同時(shí)刻 PID三個(gè)參數(shù)與 e和 ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中不斷檢測(cè) e和 ec，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同的 e和 ec對(duì)控制參數(shù)的不同的要 求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。模糊控制器抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快。 PID 控制 常規(guī) PID控制器作為一種線性控制器，它是根據(jù)給定值 r(t)與實(shí)際輸出量 c(t)來 25 構(gòu)成控制偏差量，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。由式 ()可知檢定爐可近似為一階慣性環(huán)節(jié)。對(duì)工作用熱電偶進(jìn)行檢定時(shí)，其 300℃以上溫度點(diǎn)的檢定是在管式爐中完成的，這種管式爐長(zhǎng)度為 600mm，加熱管內(nèi)徑約為 40mm。 22 上位機(jī)硬件配置 一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵守的共同原則：可靠性高；操作性好；實(shí)時(shí)性強(qiáng)；通用性好；經(jīng)濟(jì)效益高等。該卡帶 8路 A／ D輸入通道， 2路 D／ A輸出通 道，在熱電偶檢定系統(tǒng)中，只使用了它的其中 l路輸出。； (2)正負(fù)半周脈沖不均衡度≤ 1176。 功率單元采用進(jìn)口管芯單向反并聯(lián)晶閘管模塊，觸發(fā)器控制方式為調(diào)相控制，連續(xù)調(diào)壓，可自動(dòng)或手動(dòng)控制，自動(dòng)控制時(shí)，控制信號(hào)由 D／ A接口卡輸出的 4～ 20mA接入；手動(dòng)控制由外接的 。 表 輸入輸出插座引線定義表 插座引腳號(hào) 信號(hào)定義 插座引腳號(hào) 信號(hào)定義 1 開出 CH0 20 開出 CH1 2 開出 CH2 21 開出 CH3 3 開出 CH4 22 開出 CH5 4 開出 CH6 23 開出 CH7 15 5 開出 CH8 24 開出 CH9 6 開出 CH10 25 開出 CH11 7 開出 CH12 26 開出 CH13 8 開出 CH14 27 開出 CH15 9 開出公共地 28 開出公共地 10 +12～ 36V電源入 29 +12～ 36V電源入 11 開出 CH0 30 開出 CH1 12 開出 CH2 31 開出 CH3 13 開出 CH4 32 開出 CH5 14 開出 CH6 33 開出 CH7 15 開出 CH8 34 開出 CH9 16 開出 CH10 35 開出 CH11 17 開出 CH12 36 開出 CH13 18 開出 CH14 37 開出 CH15 19 開入公共地 控制端口地址與有關(guān)數(shù)據(jù)格式： 各個(gè)控制端的操作地址與功能見表 。當(dāng)主機(jī)加電啟動(dòng)或使用 RESET開關(guān)使主機(jī)硬復(fù)位時(shí)，卡上的復(fù)位清零電路使各組輸出均為零，即驅(qū)動(dòng)器三極管截止。 10％ )≤ 400mA 9) 環(huán)境要求：工作溫度： 10℃～ 40℃ 相對(duì)濕度： 40％～ 80％ 存貯溫度： 55℃～ +85℃ 10) 外型尺寸 (不含檔板 )： 長(zhǎng)高 =160mm 106mm( ) (2)工作原理 該接 口卡的工作原理框圖如圖 ： 在熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)中只使用了該卡的開關(guān)量輸出回路，卡上有 16路開關(guān)量輸出回路可用于外部電路的開關(guān)控制，其每路最大輸出電流 200mA左右，開關(guān)量輸出部分工作原理如圖所示。輸出部分具有上電和主機(jī)復(fù)位后自動(dòng)清零功能?？刂撇糠钟煽販?zé)犭娕肌?D／ A接口卡、可控硅觸發(fā)器、電壓 調(diào)整器和檢定爐組成；測(cè)量部分由通道掃描裝置、開關(guān)量控制接口卡、數(shù)字測(cè)試儀、標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及被檢熱電偶組成。系統(tǒng)所有資源都是在它的指揮管理下協(xié)調(diào)工作的，它的主要功能有： (1)提供友好的用戶界面，包括檢定參數(shù)輸入、檢定過程狀態(tài)顯示； (2)多路掃描開關(guān)通道選擇； (3)程控切換測(cè)量?jī)x的檔位及量程，讀取采樣數(shù)字信號(hào)； (4)控溫算法軟件實(shí)現(xiàn)，輸出 4～ 20mA的控制信號(hào)，控制檢定爐加熱電流； (5)檢定爐恒溫狀態(tài)的判斷； (6)熱電偶斷線，報(bào)警輸出及緊急斷電； 9 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理 圖 系統(tǒng)組成框圖 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的硬件框架結(jié)構(gòu)由測(cè)量、控制和上位機(jī)三大模塊 組成。可控硅的導(dǎo)通時(shí)刻由可控硅電壓調(diào)整器中的觸發(fā)脈沖電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)決定的。這樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣精度，完全由電量測(cè)試儀分辨率和多通道切換開關(guān)的寄生電勢(shì)大小決?？筛兄獪囟茸兓啃∮?℃，采取防 波動(dòng)措施后，可保證 PN結(jié) ℃和系統(tǒng) ℃的誤差要求 ［ 3］ 。 (1)直接借用 CPU內(nèi)部溫度傳感器，如 Cygnal的 CF020。因此要采用適當(dāng)?shù)拇胧?duì)冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，使熱電偶測(cè)溫準(zhǔn)確而且方便。如何減少采樣子系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。美國 Hart’ s NVLAP accredited Metrology Laboratory 使用比較法可以對(duì) 200℃到 1100℃測(cè)溫范圍的溫度計(jì)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。在傳統(tǒng)檢定過程中，用電位計(jì)通過手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)讀取在不同檢點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電偶、被檢電偶的熱電勢(shì)，然后根據(jù)檢定規(guī)程對(duì)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行手工統(tǒng)計(jì)處理，并把將結(jié)果填表記錄。在傳統(tǒng)的檢定過程中，用電位差計(jì)通過手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)讀取在不同檢點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電偶、被檢電偶的熱電勢(shì)，然后根據(jù)檢定規(guī)程對(duì)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行手工統(tǒng)計(jì)處理，并把結(jié)果填表記錄。 關(guān)鍵詞： 熱電偶 ； 自動(dòng)檢定；模糊控制； PID參數(shù)整定；數(shù)據(jù) 采集 Automatic Thermocouple Temperature Calibration III System Design Abstract Thermocouples are monlyused temperature sensors in many manufacturing processes， and have found a wide range of applications． After a longterm run， the performance of a thermocouple may change， resulting in temperature measurement error． Therefore， the Metrology Law in Chinas stipulates that thermocouples have to be calibrated periodically in the course of its usage to ensure the accuracy of the temperature measurement． Based on the analysis of the Specification of Thermocouple Calibration， this thesis discusses the overall design ideas of the automatic thermocouple verification system，hardware configuration, software design and solutions to some technical problems． The calibration system first uses HH54P relays and switching control interface card PC6408, posed of multichannel scanning device, with highprecision programmable multifunction test instruments FLUKE289, implement test automatic data collection ． To control the calibration furnace temperature， an optimized algorithm is designed by bining the PID control and fuzzy control． The optimized algorithm can tune the PID parameters automatically． As a result， the furnace temperature can be heated up fast in a short control time ， and achieves a satisfactory effect for constant temperature control． Written using a building block design fashion， the system monitoring software has a friendly graphical user interface， and is powerful， flexible and easy to operate． The automatic thermocouple verification system meets all the requirements of the Specification of Thermocouple Calibration． The system has good scalability． New types of thermocouples can be simply and easily added into the system． Compared with the IV traditional manual calibration method， the automatic thermocouple calibration system can significantly shorten the calibration time． Increases calibration efficiency， reduces the labor strength and improve the level of automation． Key words： thermocouple； automatic calibration； fuzzy control； PID parameter tuning； data acquisition