摘要：研究設(shè)計(jì)了基于空氣測(cè)定法原理，簡(jiǎn)單實(shí)用、高精度的溫度繼電器溫度特性自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)，是用電阻加熱爐模擬溫度繼電器周圍的環(huán)境溫度，通過控制加熱爐內(nèi)溫度的變化，從而測(cè)得溫度繼電器的動(dòng)作溫度。系統(tǒng)按設(shè)定的控溫曲線對(duì)溫場(chǎng)溫度進(jìn)行控制，并采用模糊算法，采取最小二乘法誤差校準(zhǔn)，將電阻加熱爐爐絲按功率進(jìn)行分組，并在試驗(yàn)腔的檢測(cè)段放置孔板，使測(cè)試區(qū)域的溫度均勻，有效提高了系統(tǒng)檢測(cè)精度。經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)測(cè)試精度滿足要求，具有良好的使用效果。 關(guān)鍵詞：溫度繼電器；溫度特性；電阻加熱爐；模糊算法；最小二乘法 0 引言 　　溫度繼電器通常用在溫度異常時(shí)自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)電器過熱保護(hù)、溫度控制、火災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)點(diǎn)火等功能，有效地避免了事故的發(fā)生。因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 　　生產(chǎn)溫度繼電器的關(guān)鍵工序是溫度特性（升溫時(shí)的動(dòng)作溫度和降溫時(shí)的回復(fù)溫度）的檢測(cè)。過去主要采用水銀溫度計(jì)人工檢測(cè)，該方法檢測(cè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大精度差。隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)檢測(cè)方法逐步取代了人工檢測(cè)方法。目前國(guó)內(nèi)外溫度特性的檢測(cè)主要有種，即液體法、空氣法、試塊法_1。液體法，雖具有恒溫、溫度均勻性好及精度高等優(yōu)點(diǎn)，但因被測(cè)品直接浸入到液體中，使用范圍受到限制，常被用于密封繼電器的檢測(cè)；試塊法，在室溫下檢測(cè)，試塊的溫度調(diào)節(jié)難度較大、精度差，不適用于批量生產(chǎn)；空氣法，采用溫度可以設(shè)定、并有均勻攪拌空氣加熱設(shè)備。測(cè)試精度雖不如液體法，但操作簡(jiǎn)單、對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有密封要求，非常適合批量生產(chǎn)。 　　綜上所述，3種測(cè)定方法各有特點(diǎn)，本研究是針對(duì)某航空廠根據(jù)檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)和技術(shù)要求，綜合分析后確定開展以空氣測(cè)定法為基礎(chǔ)、并從溫度均勻性和控溫算法兩個(gè)角度進(jìn)行研究和研制。從而實(shí)現(xiàn)溫度繼電器的檢測(cè)。 1 檢測(cè)原理 [b]1．1溫度繼電器工作原理 [/b]　　航空用溫度繼電器與民用溫度繼電器工作原理基本相同，通常選用碟形雙金屬片作為動(dòng)作元件，利用雙金屬的工作特性，即當(dāng)溫度升高時(shí)，雙金屬片產(chǎn)生彎曲，當(dāng)彎曲到一定程度便帶動(dòng)電觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)接通或斷開負(fù)載電路；當(dāng)溫度降低時(shí)，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，恢復(fù)到一定程度反向帶動(dòng)電觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斷開或接通負(fù)載電路。其原理如圖1所示。 [align=left]1．2溫度繼電器檢測(cè)原理 溫度繼電器隨周圍環(huán)境溫度的變化而發(fā)生動(dòng)作，因此通過控制和檢測(cè)環(huán)境溫度的變化來實(shí)現(xiàn)溫度繼電器的動(dòng)作溫度和回復(fù)溫度的檢測(cè)。 1．3檢測(cè)溫場(chǎng)[/align][align=left]　　在本系統(tǒng)中，是將被測(cè)品置于電阻加熱爐內(nèi)加溫或降溫一，由于加熱爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性（±2～C）和溫度精度偏差±2℃，溫度波動(dòng)度±1.5℃）都不是很高。處于加熱爐內(nèi)不同位置的產(chǎn)品檢測(cè)的準(zhǔn)確性以及檢測(cè)參數(shù)的重復(fù)性會(huì)受到影響。因此設(shè)計(jì)性能良好的檢測(cè)溫場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能、提高檢測(cè)精度的關(guān)鍵所在。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了用電阻加熱爐模擬實(shí)現(xiàn)檢測(cè)溫場(chǎng)。并從溫度均勻性和控溫算法兩方面進(jìn)行研究，提高檢測(cè)溫場(chǎng)的檢測(cè)性能。 1．3．1溫度均勻性 　　本設(shè)計(jì)的檢測(cè)溫場(chǎng)是以空氣作為傳熱介質(zhì)。在檢測(cè)過程中，雖然采用了鼓風(fēng)機(jī)來加強(qiáng)熱對(duì)流，但由于試驗(yàn)腔壁等處的熱輻射作用。以及溫度繼電器夾具上導(dǎo)熱板的阻擋效果使得熱空氣循環(huán)不暢，檢測(cè)溫場(chǎng)在垂直方向兩測(cè)按高度遞減分布，形成溫度梯度場(chǎng)。溫度不均勻在所難免。通過實(shí)驗(yàn)可知。測(cè)溫點(diǎn)和被檢測(cè)對(duì)象之間的溫度差最大可以達(dá)到4℃以上。這直接降低了檢測(cè)精度。 在本系統(tǒng)中。采取了兩種措施來改善溫度均勻性，一是通過較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱，使得整個(gè)試驗(yàn)腔內(nèi)的空氣充分加熱，降低溫度梯度；二是在試驗(yàn)腔的檢測(cè)段放置了孔板，孔板的作用就是使得氣流均勻地通過，從而有效地保證了檢測(cè)點(diǎn)截面的溫度穩(wěn)定度。 [/align][align=left]1．3．2控溫算法 　　經(jīng)理論分析和反復(fù)試驗(yàn)，檢測(cè)溫場(chǎng)的理想控溫曲線如圖2所示為提高測(cè)試效率，采取不同的溫升速率即：開始工作時(shí)快速升溫K；當(dāng)溫度上升到繼電器動(dòng)作溫度范圍內(nèi)時(shí)，為保證檢測(cè)精度，控制溫場(chǎng)溫度以較低速率恒速升溫，同時(shí)檢測(cè)繼電器的動(dòng)作溫度；當(dāng)溫度上升到繼電器動(dòng)作溫度范圍的上限時(shí)。逐漸調(diào)低電爐加熱功率乃至停止加熱，控制溫場(chǎng)溫度以較低速率K。恒速降溫。同時(shí)檢測(cè)繼電器的回復(fù)溫度。 由于電阻爐具有大滯后、大慣性、非線性嚴(yán)重、參數(shù)時(shí)變性等特點(diǎn)，本系統(tǒng)按照設(shè)定的控溫曲線對(duì)溫場(chǎng)溫度采用模糊算法進(jìn)行控制，即先將溫度及其偏差進(jìn)行模糊化，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理。再通過重心法進(jìn)行模糊判斷得到精確值。最后將此值經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后控制調(diào)功調(diào)壓器，從而控制電阻爐的溫升。為保證由快速升溫平穩(wěn)過渡到恒速升溫，在0～t時(shí)問段設(shè)計(jì)用恒值給定基本模糊PD控制器，為保證能跟蹤斜波輸入，恒速升、降溫段采用帶積分作用的模糊控制器。在控溫過程中，為提高檢測(cè)精度和檢測(cè)效率，檢測(cè)段以（1～2）℃／ITlin升／降溫速率檢測(cè)效果最佳。 2 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[/align]2．1檢測(cè)過程 　　在檢測(cè)中，系統(tǒng)自動(dòng)控制溫場(chǎng)溫度并實(shí)時(shí)顯示繼電器的動(dòng)作溫度。即溫場(chǎng)溫度上升到繼電器的標(biāo)稱動(dòng)作點(diǎn)下限時(shí)自動(dòng)平緩上升，在繼電器動(dòng)作時(shí)，實(shí)時(shí)顯示動(dòng)作溫度并出現(xiàn)提示，然后自動(dòng)控制溫度做平緩下降，當(dāng)繼電器回復(fù)時(shí)，同樣實(shí)時(shí)顯示回復(fù)溫度并出現(xiàn)提示，從而完成一次完整的檢測(cè)過程。如果在整個(gè)檢測(cè)過程中一直升溫到繼電器的動(dòng)作點(diǎn)上限或降溫到回復(fù)點(diǎn)下限時(shí)產(chǎn)品一直沒有動(dòng)作，系統(tǒng)發(fā)出超限報(bào)警，中斷檢測(cè)過程，此時(shí)可判定被檢的溫度繼電器為不合格品。 2．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)由控制臺(tái)和電阻加熱爐兩部分組成，如圖3所示。 2．2．1硬件平臺(tái) 　　硬件平臺(tái)的基本框圖如圖4所示。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電氣干擾嚴(yán)重、環(huán)境復(fù)雜多變、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，故主機(jī)采用抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高的IEI-61O工控機(jī)。I／O接口部分采用通用的1-7000系列分散式數(shù)據(jù)采集模塊，這樣大為簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)、保障了系統(tǒng)可靠性。溫度測(cè)量部分采用JWB一體化溫度變送器，并在接線盒內(nèi)安裝了進(jìn)行線性化和放大處理的變送模塊，從而提高了傳感器測(cè)量精度。 2．2．2軟件平臺(tái) 　　本系統(tǒng)的軟件平臺(tái)是在Windows2000操作系統(tǒng)下，采用MicrosoftVisualBasic6.0開發(fā)而成，它由檢測(cè)模塊、用戶界面、打印記錄及數(shù)據(jù)備份3個(gè)基本模塊組成。 　　檢測(cè)模塊作為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)了溫度升降的自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)采集溫度信號(hào)和溫度繼電器狀態(tài)信號(hào)、檢測(cè)并記錄動(dòng)作溫度回復(fù)溫度、超報(bào)警等基本檢測(cè)功能。 作為引領(lǐng)可視化編程一代先河的開發(fā)工具，在用戶界面的開發(fā)上具有其他開發(fā)環(huán)境所不能取代的優(yōu)越之處，功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易用。本系統(tǒng)的用戶界面主要包括3部分：命令按鈕及菜單，實(shí)時(shí)溫度曲線，檢測(cè)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示窗口及參數(shù)實(shí)時(shí)修改窗口，從而為用戶提供了友好的人機(jī)接口。 2．2．3電阻加熱爐 根據(jù)工業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)自制而成，以鎳鉻合金作為加熱爐絲，加熱爐試驗(yàn)腔中放置孔板以提高檢測(cè)段的氣流均勻性，采用水冷方式給鼓風(fēng)機(jī)散熱等。 2．3技術(shù)特色 　　本系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量范圍從幾十度到幾百度范圍寬的溫度檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)測(cè)溫度曲線的擬合，實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制，完成了系統(tǒng)整體誤差校準(zhǔn)等技術(shù)難點(diǎn)，提高了系統(tǒng)整體測(cè)試性能。該系統(tǒng)采取的主要技術(shù)關(guān)鍵為： 　　電阻加熱爐爐絲按功率分組策略因三相電力調(diào)整器通過調(diào)節(jié)爐絲的通斷時(shí)間間接地調(diào)節(jié)加熱功率來控制電阻爐的升降溫，而大功率爐絲的調(diào)節(jié)慣性大，不易精確控制升降溫速率，因此將爐絲采取了低溫段采用小功率爐絲，高溫段采用大功率爐絲分組策略；實(shí)踐證明改善了電阻加熱爐的性能，防止了溫度過沖。 [b]3 整體最小二乘法 [/b]誤差校準(zhǔn)本系統(tǒng)采取了整體最小二乘法誤差校準(zhǔn)，即先用高量級(jí)的溫度測(cè)頭測(cè)定系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)處溫度，同時(shí)讀出此時(shí)送入計(jì)算機(jī)的電流模擬量值，在溫度范圍內(nèi)測(cè)出一組數(shù)據(jù)；然后將此組數(shù)據(jù)用MATLAB6.1做最小二乘法4階擬合，得到最小二乘法多項(xiàng)式各項(xiàng)系數(shù)；最后將各項(xiàng)系數(shù)代入程序中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)測(cè)溫度曲線的擬合，完成了系統(tǒng)整體誤差校準(zhǔn)。 　　系統(tǒng)計(jì)量實(shí)驗(yàn)根據(jù)被試樣品的溫度偏差范圍（±5℃），要求其試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)溫度值與標(biāo)準(zhǔn)的溫度值之間的偏差在士1.5℃范圍內(nèi)，本文在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)任選5個(gè)位置進(jìn)行溫度計(jì)量測(cè)試，結(jié)果如表1所示，從溫度計(jì)量結(jié)果看，其偏差均小于.5℃，在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)，滿足精度測(cè)試要求。 4 結(jié)論 本自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)通過了溫度計(jì)量和測(cè)試驗(yàn)收，實(shí)測(cè)溫度值與標(biāo)準(zhǔn)溫度值之間的偏差小于1．5～C，在規(guī)定的范圍內(nèi)，系統(tǒng)溫度均勻性滿足要求。該檢測(cè)系統(tǒng)已用于生產(chǎn)，工作性能良好，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。