溫度傳感器遠程校準(zhǔn)技術(shù)初探

1、概述

目前現(xiàn)場計量校準(zhǔn)的現(xiàn)狀主要是由上級計量站派檢定員攜帶計量標(biāo)準(zhǔn)儀器到下級計量站和生產(chǎn)現(xiàn)場，以自動化或手動操作的形式進行儀器操作、接線和記錄數(shù)據(jù)，回到上級計量站后判讀數(shù)據(jù)，簽署證書，寄送至相關(guān)單位。這種目前較為普遍的方法存在的問題是檢定員的人員成本和差旅成本較大，遇到技術(shù)問題需要有經(jīng)驗的專業(yè)人員解決，信息傳遞慢，不能同時進行多個地點的現(xiàn)場校準(zhǔn)，沒有發(fā)揮計量專家的優(yōu)勢，尤其是在設(shè)備和人員有限的情況下，因此發(fā)展“遠程校準(zhǔn)”具有很實際的意義。

遠程校準(zhǔn)通常由現(xiàn)場(或稱就地,主要負責(zé)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集及校準(zhǔn)過程的實施)、網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)傳輸)及遠程方(借助遠程數(shù)據(jù)訪問對校準(zhǔn)過程進行監(jiān)視、指導(dǎo)和控制)三個部分組成,其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文以溫度傳感器遠程校準(zhǔn)為實例，通過該裝置的研制來進一步開展其他專業(yè)遠程校準(zhǔn)技術(shù)的研究。

2、裝置工作原理及硬件框圖

溫度傳感器遠程校準(zhǔn)技術(shù)主要是針對鉑銅熱電阻的檢定，軟件編寫及數(shù)據(jù)處理參考JJG229-1998《工業(yè)鉑銅熱電阻檢定規(guī)程》，通過對標(biāo)準(zhǔn)傳感器的實時采集，判斷溫度源波動度的值，波動度達到采集要求后同時采集標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被檢傳感器，最后再對采集數(shù)據(jù)進行處理，遠程監(jiān)控PC同步顯示本地采集的數(shù)據(jù)以及最后的結(jié)果處理，軟件編寫流程圖如圖2所示。

整套遠程校準(zhǔn)裝置的基本組成框圖如

整個裝置分為三大部分：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與設(shè)置部分，數(shù)據(jù)傳輸部分和遠程監(jiān)控部分。

2.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分

根據(jù)現(xiàn)場測試的特點，多路掃描開關(guān)和數(shù)字電壓表構(gòu)成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖4所示。

本地PC通過RS232與掃描開關(guān)通訊，通過GPIB卡與數(shù)字電壓表通訊，構(gòu)成現(xiàn)場的一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足工業(yè)鉑銅熱電阻的檢定規(guī)程要求。現(xiàn)場端除了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及必要的執(zhí)行元件外，還包括了本地數(shù)據(jù)采集軟件，具體界面如圖5所示。

該裝置的本地軟件和遠程采集軟件均采用美國NI公司的Labview軟件編寫。在控件使用上選擇Labview中的Datasocket(DS)控件，DS技術(shù)是專門面向測量和自動化工程的網(wǎng)絡(luò)實時高速數(shù)據(jù)交換的編程技術(shù)，它是基于TCP/IP協(xié)議并對其進行高度封裝,摒棄了較為復(fù)雜的TCP/IP底層編程,克服了傳輸速率較慢的特點，只需要設(shè)置資源定位符URL(Uniform Resource Locator),就可以在局域網(wǎng)和Internet上進行實時傳輸數(shù)據(jù),適合于遠程數(shù)據(jù)采集、控制和數(shù)據(jù)共享等應(yīng)用程序的開發(fā)，可用于網(wǎng)絡(luò)中多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。DS通過網(wǎng)絡(luò)進行測量數(shù)據(jù)的共享，它對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟僮骶拖癜褦?shù)據(jù)寫入一個文件或從一個文件讀出數(shù)據(jù)一樣簡單。

本地端軟件提供了通訊設(shè)置（掃描開關(guān)串口號和數(shù)字電壓表GPIB通訊地址）以及標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)設(shè)置（標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的系數(shù)）功能,硬件參數(shù)通訊設(shè)置在軟件初始化過程中完成。軟件開啟后調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)計算標(biāo)準(zhǔn)器溫度，并繪制過程溫度變化曲線，如果波動度滿足小于0.04℃/10min即可進入采集狀態(tài)，依次采集標(biāo)準(zhǔn)和被檢的電阻值，完成六組讀數(shù)，最后根據(jù)0℃和100℃的電阻值，計算系數(shù)α值，從而判斷傳感器級別，給出結(jié)論。

2.2數(shù)據(jù)傳輸部分

為使數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、快捷，很重要的一環(huán)就是選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接入方式。除了可靠和安全等一般性要求外，還應(yīng)當(dāng)考慮遠程校準(zhǔn)的一些特殊性。

就目前的情況來看要實現(xiàn)遠程校準(zhǔn)首先要求現(xiàn)場與遠程必須都能夠接入互連網(wǎng)，其次如果數(shù)據(jù)量較大對網(wǎng)絡(luò)的要求較高，從帶寬、傳輸速率都要有所提高。本裝置初始試驗在局域網(wǎng)中進行，最終試驗在兩個連接互聯(lián)網(wǎng)的場地進行。

2.3遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控指的是遠程端通過應(yīng)用程序?qū)π?zhǔn)過程進行監(jiān)視并實施授權(quán)范圍內(nèi)控制。其中包括由校準(zhǔn)現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)和其它信息的接收，及遠程端與校準(zhǔn)現(xiàn)場進行的交互操作。

在使用DataSocket技術(shù)進行遠程數(shù)據(jù)采集之前，服務(wù)器端和客戶端計算機上都需要運行DataSocket Server。本程序是基于DataSocket數(shù)據(jù)綁定的遠程數(shù)據(jù)采集，在LabVIEW8.2中可以為每一個控件設(shè)置DataSocket數(shù)據(jù)綁定的屬性，利用這個屬性就可以實現(xiàn)不同計算機上相對應(yīng)的兩個或多個同類型控件之間的DataSocket通信。服務(wù)器端和客戶端計算機都既可以作為數(shù)據(jù)發(fā)布者，也可以作為數(shù)據(jù)接受者，根據(jù)用戶的設(shè)定而定。下圖為遠程端數(shù)據(jù)采集界面。

遠程端軟件相當(dāng)于接收端，裝置使用前先開啟本地端軟件，然后再運行遠程端軟件，通過遠程端軟件發(fā)送指令回傳給本地端，本地端軟件接受指令后開始啟動，并實時將數(shù)據(jù)傳送到遠程端，從而完成整個裝置

的遠程校準(zhǔn)工作。軟件的界面上遠程端沒有設(shè)備的參數(shù)設(shè)置一項，但可以對標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)進行遠程設(shè)置，其他方面基本類同。最終的檢定原始數(shù)據(jù)與檢定結(jié)果以記事本形式在遠程端保存。

對于遠程客戶端軟件，從目前來看由于受試驗條件等限制，只能開啟一個客戶端，下一步的研究工作中我們會繼續(xù)深入研究，開發(fā)多個客戶端，使遠程校準(zhǔn)技術(shù)得到進一步拓展。

3 試驗結(jié)果及結(jié)論

該裝置在本試驗室的兩個不同試驗室間開展遠程校準(zhǔn)試驗，通過對傳感器的現(xiàn)場檢定，遠程端進行操作，三組傳感器測試出最終的檢定數(shù)據(jù)，最后對遠程校準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)的結(jié)果處理與原來本地端的基本相同。具體數(shù)據(jù)比對表如表1所示。

通過上述兩表可以看出被檢鉑熱電阻的電阻值誤差均在 0.001Ω范圍內(nèi)，且檢定結(jié)果都滿足A級指標(biāo)要求。

4小結(jié)

DataSocket技術(shù)是本項目實現(xiàn)遠程校準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)，它具有傳輸速率快、實時性、使用方便等特點,利用該技術(shù)可以很好的實現(xiàn)本地端和遠程端之間的數(shù)據(jù)交換。本課題以“溫度傳感器的遠程校準(zhǔn)”為試點，通過對溫度傳感器的遠程校準(zhǔn)技術(shù)進一步研究以及隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)可以在計量行業(yè)進行嘗試，改變傳統(tǒng)測試方法，實現(xiàn)計量的網(wǎng)絡(luò)化。由于計量過程中仍有一些管理方面特殊性要求，標(biāo)準(zhǔn)器傳遞帶來的麻煩，所以該項目還需要進一步的探索與完善，從而真正意義上改變傳統(tǒng)計量，提高計量工作的整體效率。

參考文獻：

[1]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計從入門到精通[M]，北京，清華大學(xué)出版社，2007.

[2]殳偉群.走近網(wǎng)絡(luò)化校準(zhǔn)—遠程校準(zhǔn)技術(shù)初探(之一)[J].計算機應(yīng)用研究，2002，9:23-26.

[3]姜華,殳偉群.用Labview實現(xiàn)遠程校準(zhǔn)[J].電子技術(shù),2004,9:55-56.

[4]劉民,曾令儒,蔣方亮.遠程計量校準(zhǔn)研究[J].電子測量與儀器學(xué)報,2005,19(3):1 -41

[5]張凱等編著.LabVIEN 虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā).北京：國防工業(yè)出版社,2003.

[6]Networking in LabVIEWM. National Inetruments LabVIEW User Manual,2003.

[7]周求湛，錢志洪，劉萍萍.虛擬儀器與Labview 7 Express 程序設(shè)計[M].北京：

北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[8]陳樂，陳曉竹.虛擬溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)研究[J]. 儀器儀表學(xué)報,2001, 21 (3):309-310, 324.

[9]喻秉文.1990國際溫標(biāo)熱電偶鉑熱電阻應(yīng)用手冊，1996年

[10]JJG229-1998，工業(yè)鉑銅熱電阻檢定規(guī)程[S].