作者投稿
专家审稿
编辑办公
Research on Calibration Methods for Scanning Switches in Automatic Temperature Measurement Systems
-
摘要: 针对温度自动测量系统中，计算机控制扫描开关通道切换时间与电测仪器采样时间不匹配导致的数据采集失真问题，在现有寄生电势和通道间数据采集差值的校准方法的基础上，提出了一种基于扫描开关通道间动态采集差值的校准方法。通过分析现行国家标准中的计量特性，选定了扫描开关校准测量标准，并进行了可行性试验。试验中，利用热电偶和热电阻自动测量系统转换开关来计算，对提出的温度自动测量系统扫描开关的校准方法进行了验证。根据试验结果对校准方法进行了改进，并进行了验证试验。研究结果表明，基于扫描开关通道间动态采集差值的校准方法有效解决了动态通道差值的测量问题，并满足了现行国家标准的要求。这一方法对于温度自动测量系统的数据采集具有重要的实用价值，能够提供准确可靠的温度测量数据。Abstract: In automatic temperature measurement systems, the mismatch between the computer-controlled scanning switch channel switching time and the sampling time of electrical measuring instruments can lead to data acquisition distortion. Building upon existing calibration techniques addressing parasitic potential and channel-to-channel data acquisition disparities, a novel calibration method focusing on dynamic acquisition differences among scanning switch channels is proposed. By scrutinizing metrological attributes delineated in current national standards, a calibration measurement standard for scanning switches was established and validated through feasibility trials. Within the trials, the calibration methodology was verified using conversion switches in both thermocouple and thermal resistance automatic measurement systems. Based on the experimental outcomes, refinements were made to the calibration method, followed by validation testing. The findings underscore that the calibration method, predicated on dynamic acquisition discrepancies among scanning switch channels, effectively tackles the measurement issues of dynamic channel differences, aligning with the requisite stipulations of existing national standards. This method holds significant practical value for data acquisition in automatic temperature measurement systems, ensuring precise and reliable temperature measurement data.
-
图 1 温度自动测量系统的工作机制示意图
Figure 1. Schematic of the working mechanism of the automatic temperature measurement system
表 1 现行规范中扫描开关有关计量特性
Table 1. Measurement characteristics of scanning switches in current specifications
名称 标准偶系统 工作偶系统 工业阻系统 寄生电势 ≤0.4 μV ≤0.5 μV ≤0.4 μV 通道间数据采集差值 ≤1.0 μV ≤2.0 μV ≤2.0 μV或≤2.0 mΩ 
下载: 导出CSV
表 2 扫描开关采用的计量标准
Table 2. Measurement standards adopted for scanning switches
序号 标准名称 技术要求 1 电测设备 准确度等级不低于0.005级，分辨力不低于0.01μV 2 模拟温度信号源 准确度等级不低于0.01级，分辨力不低于0.1μV，分辨力不低于1mΩ
下载: 导出CSV
表 3 热电偶自动测量系统的扫描开关和电测仪表对照表
Table 3. Comparison table of scanning switches and electrical measurement instruments in thermocouple automatic measurement systems
序号 扫描开关型号 电测仪表型号 偶1，阻1 PR PR293 偶2，阻2 PR 2010
下载: 导出CSV
-
[1] 魏寿芳, 陈乐, 沈正宇, 等. 热电偶、热电阻自动测量系统: JJF 1098-2003[S]. 北京: 中国计量出版社, 2003. [2] 廖艳, 陈桂生, 赵晶, 等. 1590超级测温仪自动测试系统的开发[J]. 中国测试, 2011, 37(3): 67-69. [3] 廖艳, 付志勇, 韩志鑫. 工业热电阻自动检定系统的软件设计与开发[J]. 中国测试, 2015, 41(4): 77-80. doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2015.04.020 [4] 韩志鑫, 廖艳, 冯锦, 等. 基于温度自动测量系统检定AA级工业热电阻的方法研究[J]. 中国测试, 2022, 48(S2): 44-49. [5] 韩志鑫, 贾广成, 杨锐, 等. 校准300℃及以下廉金属热电偶自动测量系统的测试方法研究[J]. 中国测试, 2022, 48(S1): 7-12. [6] 钱璐帅. 低热电势多通道扫描开关研制[D]. 杭州: 中国计量大学, 2017. [7] Braudaway D W, Kleimann R E. A High-Resolution Prototype System for Automatic Measurement of Standard Cell Voltage[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1974, 23(4): 282-286. doi: 10.1109/TIM.1974.4314293 [8] Marshall J A, Marshall T A, Jarrett D G, et al. A low thermal guarded scanner for high resistance measurement systems[C]. Proceedings of 1996 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 1996), 1996: 20-21. [9] Jarrett D G, Marshall J A, Marshall T A, et al. Design and evaluation of a low thermal electromotive force guarded scanner for resistance measurements[J]. Review of Scientific Instruments, 1999, 70(6): 2866-2871. doi: 10.1063/1.1149810 [10] Oe T, Kaneko N H. Evaluation of the automatic coaxial mechanical scanner for high-resistance measurement use[C]. Proceedings of 2016 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), 2016: 1-2. [11] 牟文殊. 低热电势扫描器[J]. 计量技术, 1988(4): 13-15. [12] 王磊, 刘瑞珉. 多路低热电势程控开关的研制[J]. 电测与仪表, 2004, 41(10): 44-46. doi: 10.3969/j.issn.1001-1390.2004.10.013 [13] 倪巍, 罗进, 陈婧. 基于电子扫描开关的标准电阻自动巡检装置的研究及设计[J]. 仪表技术, 2011(8): 33-35. doi: 10.3969/j.issn.1006-2394.2011.08.011 [14] 国家市场监督管理总局. 标准铂铑10-铂热电偶: JJG 75-2022[S]. 北京: 中国标准出版社, 2023. [15] 国家质量监督检验检疫总局. 工作用贵金属热电偶: JJG 141-2013[S]. 北京: 中国质检出版社, 2013. [16] 国家质量监督检验检疫总局. 工业铂、铜热电阻: JJG 229-2010[S]. 北京: 中国计量出版社, 2010. [17] 国家质量监督检验检疫总局. 廉金属热电偶: JJF 1637-2017 [S]. 北京: 中国质检出版社, 2018. [18] 国家质量监督检验检疫总局. 热电偶检定炉温度场测试技术规范: JJF 1184-2007 [S]. 北京: 中国计量出版社, 2008. [19] 国家质量监督检验检疫总局. 铠装热电偶: JJF 1262-2010 [S]. 北京: 中国计量出版社, 2010. [20] 国家质量监督检验检疫总局. 恒温槽技术性能测试规范: JJF 1030-2010 [S]. 北京: 中国计量出版社, 2010. [21] 郑玮, 汤磊. 标准铂铑10-铂热电偶热电势约束公式探讨[J]. 计量学报, 2020, 41(2): 175-178. [22] 汤磊, 罗小萍, 张曦雯, 等. 0℃~419.527℃温区标准铂铑10-铂热电偶线性内插公式计算方法的实验验证[J]. 计量技术, 2019(7): 9. [23] 陈清清, 潘江, 袁定琨. 一种新型高温热电偶性能测试系统的研制[J]. 计量学报, 2022, 43(11): 1424-1430. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2022.11.06 [24] 陈桂生, 付志勇, 韩志鑫, 等. 量值传递中绝对测量与相对测量转化实例的数理分析(一)[J]. 中国测试, 2016, 42(11): 1-5. doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2016.11.001 [25] 陈桂生, 赵晶, 廖艳, 等. 量值传递中绝对测量与相对测量转化实例的数理分析(二)[J]. 中国测试, 2017, 43(1): 1-7. doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2017.01.001 [26] 侯素兰, 王浩, 高福生, 等. JJF1637-2017《廉金属热电偶校准规范》解读[J]. 中国计量, 2018 (5): 129-130. doi: 10.16569/j.cnki.cn11-3720/t.2018.05.057 [27] 国防科工委科技与质量司. 热学计量[M]. 北京: 原子能出版社, 2002. [28] 国家质量监督检验检疫总局. 测量不确定度评定与表示: JJF 1059.1-2012[S]. 北京: 中国质检出版社, 2013. [29] 国家质量监督检验检疫总局. 通用计量术语及定义: JJF 1001-2011[S]. 北京: 中国计量出版社, 2011. [30] 王为农. 校准: 定义的解读和结果的测量不确定度表达[J]. 计量科学与技术, 2023, 67(2): 58-61. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0225 -
点击查看大图
图(8) / 表(3)
计量
- 文章访问数: 420
- HTML全文浏览量: 240
- PDF下载量: 75
- 被引次数: 0
