温度继电器温度特性自动检测系统的研究

摘要：研究设计了基于空气测定法原理，简单实用、高精度的温度继电器温度特性自动检测系统。该检测系统，是用电阻加热炉模拟温度继电器周围的环境温度，通过控制加热炉内温度的变化，从而测得温度继电器的动作温度。系统按设定的控温曲线对温场温度进行控制，并采用模糊算法，采取最小二乘法误差校准，将电阻加热炉炉丝按功率进行分组，并在试验腔的检测段放置孔板，使测试区域的温度均匀，有效提高了系统检测精度。经测试该系统测试精度满足要求，具有良好的使用效果。
关键词：温度继电器；温度特性；电阻加热炉；模糊算法；最小二乘法
0 引言
　　温度继电器通常用在温度异常时自动切断电路，实现电器过热保护、温度控制、火灾报警、自动点火等功能，有效地避免了事故的发生。因此被广泛应用于各个领域。
　　生产温度继电器的关键工序是温度特性（升温时的动作温度和降温时的回复温度）的检测。过去主要采用水银温度计人工检测，该方法检测效率低、劳动强度大精度差。随着科技的不断进步，自动检测方法逐步取代了人工检测方法。目前国内外温度特性的检测主要有种，即液体法、空气法、试块法_1。液体法，虽具有恒温、温度均匀性好及精度高等优点，但因被测品直接浸入到液体中，使用范围受到限制，常被用于密封继电器的检测；试块法，在室温下检测，试块的温度调节难度较大、精度差，不适用于批量生产；空气法，采用温度可以设定、并有均匀搅拌空气加热设备。测试精度虽不如液体法，但操作简单、对产品结构没有密封要求，非常适合批量生产。
　　综上所述，3种测定方法各有特点，本研究是针对某航空厂根据检测产品的实际特点和技术要求，综合分析后确定开展以空气测定法为基础、并从温度均匀性和控温算法两个角度进行研究和研制。从而实现温度继电器的检测。
1 检测原理
1．1温度继电器工作原理
　　航空用温度继电器与民用温度继电器工作原理基本相同，通常选用碟形双金属片作为动作元件，利用双金属的工作特性，即当温度升高时，双金属片产生弯曲，当弯曲到一定程度便带动电触点，实现接通或断开负载电路；当温度降低时，双金属片逐渐恢复原状，恢复到一定程度反向带动电触点，实现断开或接通负载电路。其原理如图1所示。
2．1检测过程
　　在检测中，系统自动控制温场温度并实时显示继电器的动作温度。即温场温度上升到继电器的标称动作点下限时自动平缓上升，在继电器动作时，实时显示动作温度并出现提示，然后自动控制温度做平缓下降，当继电器回复时，同样实时显示回复温度并出现提示，从而完成一次完整的检测过程。如果在整个检测过程中一直升温到继电器的动作点上限或降温到回复点下限时产品一直没有动作，系统发出超限报警，中断检测过程，此时可判定被检的温度继电器为不合格品。
2．2系统结构
      该系统由控制台和电阻加热炉两部分组成，如图3所示。

2．2．1硬件平台
　　硬件平台的基本框图如图4所示。由于工业现场电气干扰严重、环境复杂多变、连续工作时间长等特点，故主机采用抗干扰能力强、可靠性高的IEI-61O工控机。I／O接口部分采用通用的1-7000系列分散式数据采集模块，这样大为简化了硬件设计、保障了系统可靠性。温度测量部分采用JWB一体化温度变送器，并在接线盒内安装了进行线性化和放大处理的变送模块，从而提高了传感器测量精度。
2．2．2软件平台
　　本系统的软件平台是在Windows2000操作系统下，采用MicrosoftVisualBasic6.0开发而成，它由检测模块、用户界面、打印记录及数据备份3个基本模块组成。
　　检测模块作为整个检测系统的控制核心，实现了温度升降的自动控制、实时采集温度信号和温度继电器状态信号、检测并记录动作温度回复温度、超报警等基本检测功能。
作为引领可视化编程一代先河的开发工具，在用户界面的开发上具有其他开发环境所不能取代的优越之处，功能强大且简单易用。本系统的用户界面主要包括3部分：命令按钮及菜单，实时温度曲线，检测状态实时显示窗口及参数实时修改窗口，从而为用户提供了友好的人机接口。
2．2．3电阻加热炉
根据工业常用标准自制而成，以镍铬合金作为加热炉丝，加热炉试验腔中放置孔板以提高检测段的气流均匀性，采用水冷方式给鼓风机散热等。
2．3技术特色
　　本系统成功地实现了测量范围从几十度到几百度范围宽的温度检测；实现了对实测温度曲线的拟合，实现了温度自动控制，完成了系统整体误差校准等技术难点，提高了系统整体测试性能。该系统采取的主要技术关键为：
　　电阻加热炉炉丝按功率分组策略因三相电力调整器通过调节炉丝的通断时间间接地调节加热功率来控制电阻炉的升降温，而大功率炉丝的调节惯性大，不易精确控制升降温速率，因此将炉丝采取了低温段采用小功率炉丝，高温段采用大功率炉丝分组策略；实践证明改善了电阻加热炉的性能，防止了温度过冲。
3 整体最小二乘法
误差校准本系统采取了整体最小二乘法误差校准，即先用高量级的温度测头测定系统检测点处温度，同时读出此时送入计算机的电流模拟量值，在温度范围内测出一组数据；然后将此组数据用MATLAB6.1做最小二乘法4阶拟合，得到最小二乘法多项式各项系数；最后将各项系数代入程序中，实现了对实测温度曲线的拟合，完成了系统整体误差校准。
　　系统计量实验根据被试样品的温度偏差范围（±5℃），要求其试验场的实测温度值与标准的温度值之间的偏差在士1.5℃范围内，本文在试验场内任选5个位置进行温度计量测试，结果如表1所示，从温度计量结果看，其偏差均小于.5℃，在规定的偏差范围内，满足精度测试要求。

4 结论
本自动检测系统已经通过了温度计量和测试验收，实测温度值与标准温度值之间的偏差小于1．5～C，在规定的范围内，系统温度均匀性满足要求。该检测系统已用于生产，工作性能良好，具有明显的经济效益和应用前景。