摘要：研究設計了基于空氣測定法原理，簡單實用、高精度的溫度繼電器溫度特性自動檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)，是用電阻加熱爐模擬溫度繼電器周圍的環(huán)境溫度，通過控制加熱爐內溫度的變化，從而測得溫度繼電器的動作溫度。系統(tǒng)按設定的控溫曲線對溫場溫度進行控制，并采用模糊算法，采取最小二乘法誤差校準，將電阻加熱爐爐絲按功率進行分組，并在試驗腔的檢測段放置孔板，使測試區(qū)域的溫度均勻，有效提高了系統(tǒng)檢測精度。經(jīng)測試該系統(tǒng)測試精度滿足要求，具有良好的使用效果。
關鍵詞：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自動切斷電路，實現(xiàn)電器過熱保護、溫度控制、火災報警、自動點火等功能，有效地避免了事故的發(fā)生。因此被廣泛應用于各個領域。
生產溫度繼電器的關鍵工序是溫度特性（升溫時的動作溫度和降溫時的回復溫度）的檢測。過去主要采用水銀溫度計人工檢測，該方法檢測效率低、勞動強度大精度差。隨著科技的不斷進步，自動檢測方法逐步取代了人工檢測方法。目前國內外溫度特性的檢測主要有種，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，但因被測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；試塊法，在室溫下檢測，試塊的溫度調節(jié)難度較大、精度差，不適用于批量生產；空氣法，采用溫度可以設定、并有均勻攪拌空氣加熱設備。測試精度雖不如液體法，但操作簡單、對產品結構沒有密封要求，非常適合批量生產。
綜上所述，3種測定方法各有特點，本研究是針對某航空廠根據(jù)檢測產品的實際特點和技術要求，綜合分析后確定開展以空氣測定法為基礎、并從溫度均勻性和控溫算法兩個角度進行研究和研制。從而實現(xiàn)溫度繼電器的檢測。
1 檢測原理
1．1溫度繼電器工作原理
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作元件，利用雙金屬的工作特性，即當溫度升高時，雙金屬片產生彎曲，當彎曲到一定程度便帶動電觸點，實現(xiàn)接通或斷開負載電路；當溫度降低時，雙金屬片逐漸恢復原狀，恢復到一定程度反向帶動電觸點，實現(xiàn)斷開或接通負載電路。其原理如圖1所示。
1．2溫度繼電器檢測原理
溫度繼電器隨周圍環(huán)境溫度的變化而發(fā)生動作，因此通過控制和檢測環(huán)境溫度的變化來實現(xiàn)溫度繼電器的動作溫度和回復溫度的檢測。
1．3檢測溫場
在本系統(tǒng)中，是將被測品置于電阻加熱爐內加溫或降溫一，由于加熱爐內溫度場的均勻性（±2～C）和溫度精度偏差±2℃，溫度波動度±1.5℃）都不是很高。處于加熱爐內不同位置的產品檢測的準確性以及檢測參數(shù)的重復性會受到影響。因此設計性能良好的檢測溫場是實現(xiàn)檢測功能、提高檢測精度的關鍵所在。本系統(tǒng)設計了用電阻加熱爐模擬實現(xiàn)檢測溫場。并從溫度均勻性和控溫算法兩方面進行研究，提高檢測溫場的檢測性能。
1．3．1溫度均勻性
本設計的檢測溫場是以空氣作為傳熱介質。在檢測過程中，雖然采用了鼓風機來加強熱對流，但由于試驗腔壁等處的熱輻射作用。以及溫度繼電器夾具上導熱板的阻擋效果使得熱空氣循環(huán)不暢，檢測溫場在垂直方向兩測按高度遞減分布，形成溫度梯度場。溫度不均勻在所難免。通過實驗可知。測溫點和被檢測對象之間的溫度差最大可以達到4℃以上。這直接降低了檢測精度。
在本系統(tǒng)中。采取了兩種措施來改善溫度均勻性，一是通過較長時間的預熱，使得整個試驗腔內的空氣充分加熱，降低溫度梯度；二是在試驗腔的檢測段放置了孔板，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點截面的溫度穩(wěn)定度。
1．3．2控溫算法
經(jīng)理論分析和反復試驗，檢測溫場的理想控溫曲線如圖2所示為提高測試效率，采取不同的溫升速率即：開始工作時快速升溫K；當溫度上升到繼電器動作溫度范圍內時，為保證檢測精度，控制溫場溫度以較低速率恒速升溫，同時檢測繼電器的動作溫度；當溫度上升到繼電器動作溫度范圍的上限時。逐漸調低電爐加熱功率乃至停止加熱，控制溫場溫度以較低速率K。恒速降溫。同時檢測繼電器的回復溫度。
由于電阻爐具有大滯后、大慣性、非線性嚴重、參數(shù)時變性等特點，本系統(tǒng)按照設定的控溫曲線對溫場溫度采用模糊算法進行控制，即先將溫度及其偏差進行模糊化，然后根據(jù)實驗確定的模糊控制規(guī)則進行模糊推理。再通過重心法進行模糊判斷得到精確值。最后將此值經(jīng)DA轉換后控制調功調壓器，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時問段設計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，為提高檢測精度和檢測效率，檢測段以（1～2）℃／ITlin升／降溫速率檢測效果最佳。
2 自動檢測系統(tǒng)
2．1檢測過程
在檢測中，系統(tǒng)自動控制溫場溫度并實時顯示繼電器的動作溫度。即溫場溫度上升到繼電器的標稱動作點下限時自動平緩上升，在繼電器動作時，實時顯示動作溫度并出現(xiàn)提示，然后自動控制溫度做平緩下降，當繼電器回復時，同樣實時顯示回復溫度并出現(xiàn)提示，從而完成一次完整的檢測過程。如果在整個檢測過程中一直升溫到繼電器的動作點上限或降溫到回復點下限時產品一直沒有動作，系統(tǒng)發(fā)出超限報警，中斷檢測過程，此時可判定被檢的溫度繼電器為不合格品。
2．2系統(tǒng)結構
該系統(tǒng)由控制臺和電阻加熱爐兩部分組成，如圖3所示。
2．2．1硬件平臺
硬件平臺的基本框圖如圖4所示。由于工業(yè)現(xiàn)場電氣干擾嚴重、環(huán)境復雜多變、連續(xù)工作時間長等特點，故主機采用抗干擾能力強、可靠性高的IEI-61O 工控機。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，這樣大為簡化了硬件設計、保障了系統(tǒng)可靠性。溫度測量部分采用JWB一體化溫度變送器，并在接線盒內安裝了進行線性化和放大處理的變送模塊，從而提高了傳感器測量精度。
2．2．2軟件平臺
本系統(tǒng)的軟件平臺是在Windows2000操作系統(tǒng)下，采用MicrosoftVisualBasic6.0開發(fā)而成，它由檢測模塊、用戶界面、打印記錄及數(shù)據(jù)備份3個基本模塊組成。
檢測模塊作為整個檢測系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)了溫度升降的自動控制、實時采集溫度信號和溫度繼電器狀態(tài)信號、檢測并記錄動作溫度回復溫度、超報警等基本檢測功能。
作為引領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，功能強大且簡單易用。本系統(tǒng)的用戶界面主要包括3部分：命令按鈕及菜單，實時溫度曲線，檢測狀態(tài)實時顯示窗口及參數(shù)實時修改窗口，從而為用戶提供了友好的人機接口。
2．2．3電阻加熱爐
根據(jù)工業(yè)常用標準自制而成，以鎳鉻合金作為加熱爐絲，加熱爐試驗腔中放置孔板以提高檢測段的氣流均勻性，采用水冷方式給鼓風機散熱等。
2．3技術特色
本系統(tǒng)成功地實現(xiàn)了測量范圍從幾十度到幾百度范圍寬的溫度檢測；實現(xiàn)了對實測溫度曲線的擬合，實現(xiàn)了溫度自動控制，完成了系統(tǒng)整體誤差校準等技術難點，提高了系統(tǒng)整體測試性能。該系統(tǒng)采取的主要技術關鍵為：
電阻加熱爐爐絲按功率分組策略因三相電力調整器通過調節(jié)爐絲的通斷時間間接地調節(jié)加熱功率來控制電阻爐的升降溫，而大功率爐絲的調節(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；實踐證明改善了電阻加熱爐的性能，防止了溫度過沖。
3 整體最小二乘法
誤差校準本系統(tǒng)采取了整體最小二乘法誤差校準，即先用高量級的溫度測頭測定系統(tǒng)檢測點處溫度，同時讀出此時送入計算機的電流模擬量值，在溫度范圍內測出一組數(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式各項系數(shù)；最后將各項系數(shù)代入程序中，實現(xiàn)了對實測溫度曲線的擬合，完成了系統(tǒng)整體誤差校準。
系統(tǒng)計量實驗根據(jù)被試樣品的溫度偏差范圍（±5℃），要求其試驗場的實測溫度值與標準的溫度值之間的偏差在士1.5℃范圍內，本文在試驗場內任選5個位置進行溫度計量測試，結果如表1所示，從溫度計量結果看，其偏差均小于.5℃，在規(guī)定的偏差范圍內，滿足精度測試要求。
4 結論
本自動檢測系統(tǒng)已經(jīng)通過了溫度計量和測試驗收，實測溫度值與標準溫度值之間的偏差小于1．5～C，在規(guī)定的范圍內，系統(tǒng)溫度均勻性滿足要求。該檢測系統(tǒng)已用于生產，工作性能良好，具有明顯的經(jīng)濟效益和應用前景。
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