恒温槽自动校准技术研究

尹非凡 余行 廖登华 胡华 吴传昕 陈斌 谢珊珊

摘要：恒温槽在温度计量测试中应用广泛，其性能直接影响各类科研生产产品的质量可靠性。本文介绍了基于恒温槽校准原理设计的恒温槽自动校准系统，该校准系统以NI公司的Labview和 Office办公软件为软件开发平台，具有信息存储调用、仪器控制、数据采集处理、测试结果分析、证书报告出具等功能。整套系统具有效率高、准确度高、自动化程度高等特点。

关键词：恒温槽、Labview、自动测试

Research on automatic Calibration technology

of Thermostatic tank based on Labview

Yin Fei fan Yu Hang Wu Chuan xin Mao Fan Hu Hua Xie Shanshan

The Metrology and Measurement Institute of Hubei Space Academy

Abstract:Thermostatic tank is widely used in temperature measurement and testing, its performance directly affects the quality and reliability of various scientific research and production products. This article introduces an automatic calibration system for thermostatic bath based on the calibration principle of thermostatic bath, the test system with NI's Labview software and Office software development platform, with information stored procedure call, instrument control, data acquisition and processing, testing result analysis， report issued by a certificate and other functions. The entire system with high efficiency, high accuracy, high degree of automation.

Keywords: Thermostatic tank .Labview. Automatic testing

1 引言

恒温槽作为可提供高精度的恒温场源的标准设备，被广泛应用于需要维持低温、常温条件下工作的化学、生物、物理实验室，是医药卫生、化学工业、食品工业、冶金工业、大专院校、科研、遗传工程、高分子工程等实验室的必备设备。另外，标准恒温槽还是法定计量机构、电力、石化、航空航天、铁路等领域的温度计量。

恒温槽校准项目主要有波动性、均匀性，测试温度点一般为上限温度与下限温度。波动度校准要求为，每分钟至少测六次的均匀间隔读取示值，持续10min或规定时间。恒温槽校准时均需按照规程要求调整标准器的位置，来回移动,并计数。恒温槽校准工作繁琐，测量数据较多，且耗时长，因此，按照校准规范，建立一套灵活、实用的恒温槽自动校准系统是十分必要的。

目前，笔者利用现有的Fluke数字测温仪1529和计算机，以NI公司的Labview语言作为开发环境制作了一套功能完善的恒温槽自动校准系统。该软件系统通过对恒温槽自动校准，数据自动分析处理来保证校准过程的可靠性和校准数据的准确性。

2 系统的整体设计方案

2.1系统硬件构架

恒温槽自动测试硬件由二等标准铂电阻温度计、数字式测温仪GPIB-USB转换线（RS232-USB转换线）、被检恒温槽、计算机等组成。工作过程：将被检恒温槽设定到需校准温度，首先将二等标准铂电阻温度计按规程要求放置于恒温槽相应温区位置，将标准器测试线与数字式测温仪连接，然后用GPIB-USB转换线（RS232-USB转换线）将数字式测温仪与计算机连接，选取合适的校准参数，由计算机采集标准器在相应温度点下的电阻值并进行运算处理，从而实现对数字式测温仪的实时采集和处理功能。恒温槽自动校准装置自动校准框图见图1。

图1 恒温槽自动校准装置框图

2.2 系统软件设计

本系统采用Labview作为自动校准系统的软件开发平台，而Labview程序的前面板是交互图形化用户界面，后面板程序框图是定义VI功能的图形化源代码，利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制，再利用图标和连接器窗格把程序定义成子程序模块，然后将实现各功能的子程序模块组合成一套功能全面的自动化程序软件。本系统软件由权限管理、采集测试、证书管理两个模块组成。

自动校准软件控制检测流程，对校准数据进行统计过程控制分析，创建数据库存储系统，随时存储和调用数据库内的校准数据，以完成对恒温槽温度的实时检测，完成恒温槽的自动校准过程。恒温槽自动校准软件结构图见图2。

图2 恒温槽自动校准软件结构图

启动测试软件，设置通讯端口，使其与硬件设备相连接通讯，对数字式测温仪进行程控。设置被校准恒温槽至目标温度值，待温度显示值稳定后，方可操作软件对其温度参数进行校准，实时采集数据，并及时保存，待所有检定点校准完毕，结束校准工作。恒温槽自动校准软件流程图见图3。

图3 恒温槽自动校准软件流程图

3 具体实现过程

本恒温槽自动校准系统前面板由管理登录、采集测试、证书管理三个模块界面组成。

3.1管理登录模块

该模块包括用户名和密码登录，便于对校准软件权限管理。在输入正确的用户名及密码后，系统自动跳转至采集测试界面，管理登录模块界面图如图4。本系统采用Access保存用户名、密码以及设备校准信息，利用Labview的AcxtiveX功能，调用Microsoft ADO控件，利用SQL语言实现数据库访问，从而实现对用户权限管理、设备信息和测试数据的即时存储、调用，便于检定人员管理、统计工作量和查询设备信息。

图4 管理登录模块界面图

3.2采集测试模块

本模块由数字式测温仪读取二等标准铂电阻温度计的温度值并将测量值传递回计算机、数据的分析处理和对不合格测量点重新进行校准等程序，采集测试界面包括均匀性测量及波动性测量界面。测试开始后，实时显示表格框会显示正在校准的项目、校准参数、校准位置、实际测量值以及经过系统计算后的校准结果，校准完成后，可将测试数据实时存储至数据库，便于出具证书和原始记录。数据采集界面如图5。

图5 数据采集界面界面

3.3 数据处理生成报告模块

本模块首先利用Labview数据库连接工具包Database Connectivity Toolkit将Labview集成开发环境与数据库相连，实现对存放在Microsoft Office Access数据库中的设备信息和测试数据调用。然后利用Labview测试报表工具包Report Generation Toolkit通过ActiveX技术将Microsoft Word和Excel与Labview集成开发环境相结合，再移植该计量机构的数字多用表检定/校准证书以及原始记录模版，开发专业的证书生成模块，从而高效的表示出检定/校准数据和结果，生成检定/校准所需要的证书和原始记录，并将生成的证书存放于指定文件夹中，方便检定员进行管理和查阅。报告生成界面及程序框图如图6、图7。

图6 报告出具界面

图7 报告出具模块程序程序

4 关键技术问题解决方案

4.1 测试数据与结果实时显示

数据采集过程中，为保证采集到的数据和判断得到的结论真实并实时显示在主前面板的窗口，需要主程序的VI对数据采集模块的子VI进行实时嵌套调用。本系统利用Labview的消息发送、接收指令以及全局变量功能做桥梁，将数据采集模块的子VI中采集到的数据穿过嵌套的功能子VI引到主程序的VI中，使采集到的数据及判断得到的结论真实并实时呈现在操作者眼前，实现测试数据及结果的实时显示。

4.2 测量点自动切换

校准过程中，为确保测量点切换时，测量数据及测量时序同步变换，需编写测量功能切换程序将各测量功能在切换过程中有序的衔接。本系统利用LabVIEW自带的编程模板标准状态机将各测量功能有序的连接在一起，在测试开始前，将选定的待测量位置点编排好顺序，然后使测试软件按照编排好的顺序依次完成校准，校准过程处理灵活，以实现测量位置点自由切换。测量位置自动切换程序框图如图8。

图8 测量位置自动切换程序框图

5 实验效果

笔者已通过本系统多次对恒温槽（包括温度波动性、均匀性）进行自动校准并出具证书，通过对比人工校准，本系统有以下优点：

（1）节省校准时间，提高工作效率。利用本系统在校准恒温槽时能实时显示校准结果，不用人工判定校准结果，能及时对该校准点的结果做出反映，是否进行下一个温度点的校准，或是需要对恒温槽进行调整，及时有效。因此，使用该系统校准恒温槽大大减少了校准时间，提高了工作效率。

（2）提高数据的准确性。减小因人为误操作、误判断而产生的误差，提高了数据准确性。

（3）操作的智能化。本系统能自动存储设备信息，采集测试并处理数据，出具证书和原始记录，使校准过程更加程序化、智能化。

6 结束语

本文介绍了利用Labview集成开发环境控制数字测温仪具体技术，实现了对恒温槽各位置均匀性及波动度的校准，操作简便、灵活，检定结果准确、可靠。相信随着计量技术的发展和自动化技术的不断推广，越来越多的计量机构会将自动检定/校准技术用于计量工作中，实现计量技术程序化、智能化发展。

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