熱電阻檢定工藝的自動化改進與軟件設計

[摘要]傳統(tǒng)的熱電阻元件檢定工序主要由質檢技術人員手動操作完成,在讀取到檢測數據后需要手動記錄、計算檢測結果并錄人電腦中。質檢人員勞動強度高、工作效率低且存在人為誤差(如,誤讀、錄人錯誤等)。提出一種基于計算機控制的熱電阻檢定工藝自動化改進方法,通過使用VisualBasic.Net編寫的計算機操作界面有效降低了質檢人員的工作強度。質檢人員只需判斷恒溫槽溫度及控溫時間是否達到數據讀取要求,數據讀取和運算由計算機自動處理并生成Excel文檔。實際使用情況表明，改進后的熱電阻元件檢定系統(tǒng)具有良好的應用價值。
引言.
　　熱電阻產品在出廠“之前需依據JJG229-2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》進行準確的檢定;JJG229-2010標準第7節(jié)計量器具控制給出了熱電阻檢定所需標準儀器及配套設備的技術要求，由于需計量檢定的溫度計量產品的技術參數、應用場合不盡相同，各溫度儀表產品的生產企業(yè)所采用的檢定設備并不完全一致;但基本應包括標準鉑電阻溫度計、0.005級及以上等級的用于測量熱電阻和標準鉑電阻阻值的電測儀器、接觸電勢≤1.0uV的轉換開關及恒溫裝置等。
　　實際操作時，質檢人員先將轉換開關1一5通道對應的元件放人冰水混合物中、通道6--10對應的元件放人100℃的恒溫槽中，待控溫時間達到數據讀取要求后旋轉開關面板.上的旋鈕對輸出通道進行切換并讀取、記錄相應的測試值。操作完成后將冰水混合物與100℃恒溫槽中的元件進行互換待控溫時間再次達到后重復上述數據采集記錄流程。最后將記錄的數據錄人到計算機中進行處理并生成檢測報告。采用人工讀取、手動錄人的檢定方式存在質檢人員的工作量大.且效率低的問題，已經不能滿足日趨增長的工業(yè)生產需求。為此，提出一種熱電阻元件檢定操作的自動化改進方法，在確保測試精度及測試結果可靠性的基礎上，有效降低質檢人員的工作強度。
1熱電阻檢定系統(tǒng)的自動化改進方案
　　該技術改進方案采用支持遠程控制模式的“ST4012A低熱電勢掃描開關”代替需手動完成通道切換的低熱電勢精密開關。該掃描開關采用特制的繼電器陣列作為轉換的核心器件，可以實現多路電勢信號的切換，并通過面板上的LED同步顯示通道狀態(tài)，以便于操作人員實時監(jiān)控設備的工作情況，寄生熱電勢≤0.2uV遠低于國標中的技術要求，適用于熱電阻元件的檢定測量與轉換。原檢定系統(tǒng)中使用的“HY2030A型熱電偶熱電阻測試儀”自帶通信協(xié)議接口故無需進行替換，改進后新系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。
 
　　由于主控計算機為品牌商用機無RS232端口，通過使用USB轉RS232*2串口線將低熱電勢掃描開關和電阻測試儀與計算機連接。通過基于計算機控制的串口通信技術實現熱電阻元件檢定過程中的數據采集、數據處理、報表生成及存儲的完全自動化。計算機操作界面為使用面向對象的程序設計語言VisualBasic.net開發(fā)的Window應用程序，程序主界面如圖2所示。程序源文件中包含模塊、類、方法等類型，可根據實際需求通過對現有模塊、方法進行重組和擴展，編寫出新的軟件功能。
 
　　為簡化操作流程，各通信端口的參數在軟件設計時均在程序代碼中完成配置，僅開放串口號供操作人員根據計算機端口的實際使用情況進行修改。質檢操作人員將低熱電勢掃描開關1--5通道對應的元件、通道6一10對應的元件分別放人冰水混合物與恒溫槽后，待測試環(huán)境達到檢定數據采集要求后，單擊操作界面上的“正向檢測”按鍵,計算機向檢定儀器發(fā)送對應的通信控制命令控制低熱電勢掃描開關依次進行通道切換，通過電阻測試儀的通訊端口將掃描開關1-5通道相對應元件在0℃時的電阻值、通道6一10相對應元件在100℃時的電阻值及二等標準鉑電阻溫度計在100℃時的輸出值(對應掃描開關的12通道)上傳到計算機并實時顯示在操作界面對應的文本框中。數據讀取完成后，質檢操作人員將冰水混合物與100℃恒溫槽中的元件進行交換，當控溫時間再次達到后，單擊“反向檢測”依次讀取掃描開關1一5通道相對應元件在100℃時的電阻值、通道6一10相對應元件在0℃時的電阻值及二等標準鉑電阻溫度計在100℃時的輸出值。并自動計算出被檢元件的允差值并評判其精度等級。測試完成后，通過單擊操作界面上的“生成報告”按鍵，即可自動生成Excel文件保存在計算機的指定位置。
2熱電阻元件檢定操作界面的軟件設計
2.1過程控制與多線程控制
　　熱電阻元件自動檢定程序的流程圖如圖3所示，過程控制是軟件設計的核心部分，包括測試數據的讀取、顯示及掃描開關的通道切換。為提高系統(tǒng)的響應性及靈活性，軟件設計時引人線程處理的概念，即主線程用來監(jiān)視用戶輸人及完成生成報告操作，使用另一個工作線程來執(zhí)行數據采集及計算任務。
 
　　通過創(chuàng)建一個System.Threading.Thread對象的實例，再調用Start方法即可在.NET中創(chuàng)建一個工作線程。以下代碼用于在“正向檢測”按鈕控件的事件處理程序中創(chuàng)建工作線程對象并啟動，用于執(zhí)行對應的通道切換及數據讀取操作。
DimReadThread1AsNewSystem.Threading.Thread(AddressOfForwardReadString)ReadThread1.Strat()
　　由圖3可見，每進行一次通道切換前工作線程都會對暫停標志位進行判斷。該標志位fShouldStop在“停止”按鈕控件的事件處理程序中進行賦值，當操作人員發(fā)現設備工作狀態(tài)或采集數據異常需要停止程序運行時，通過單擊操作界面上的停止按鈕給fShouldStop賦值為true，工作線程識別出后即會停止數據采集代碼的運行，等待操作人員下一步的指令。
2.2基于Win32API的串行通信設計
　　WindowAPI中與串行通信相關的函數約有20個，介于文章篇幅、列出通信控制步驟中的關鍵代碼。
(1)打開通信端口。在Windows系統(tǒng)中串行端口被當成一個文件進行操作，因此使用打開文件的CreateFile函數來打開串口。與之相對應的使用關閉文件的CloseHandle函數將使用完的串口關閉
DimmhRSAsInteger=CreateFile(miPort，，GENERIC_READOrGENERICWRITE，0，0,OPEN_EXISTING，iMode,0)’使用同步I/O方式打開串行端口
mhRS為通過CreateFile函數打開串行端口后的返回值(Handle值)，在串口打開成功后，操作系統(tǒng)會自動為Handle值配置--個號碼，也可以理解程序中使用該值來進行對串行通信端口的相關操作。
(2)設置傳輸速度等參數。由于通信端口涉及的參數較多，故先使用以下語句取得通信端口的設置值。
iRc=GetCommState(mhRS,uDcb)
　　再對需要修改的參數進行賦值后寫人即可。
uDcb.BaudRate=miBaudRate‘通信速度(bps)
uDcb.ByteSize=miDataBit‘數據位數
uDcb.Parity=meParity‘極性位
uDcb.StopBits=meStopBit“停止位
iRc=SetCommState(mhRS，uDcb)’利用修改后的結構變量uDcd重新配置端口參數
(3)使用ReadFile及WriteFile讀寫串口數據。程.序執(zhí)行時，掃描開關及電阻測試儀的遠程控制命令均為字符串，必須使用System.Text的UTF8Encoding或UTF7Encoding類作為編碼將其轉換為字節(jié)數組才能調用WriteFile函數，具體代碼如下。
DimoEncoderAsNewSystem.Text.UTF8Encoding‘聲明字節(jié)數據及編碼類(UTF8)
DimaByte()AsByte=oEncoder.GetBytes(Buffer)‘將字符串轉換為字節(jié)數組
iRc=WriteFile(mhRS，aByte,aByte.Length,iBytesWritten,Nothing)‘串口發(fā)送數據
　　同理，使用ReadFile讀取的數據也需要經過同樣的處理，才能得到正確的返回值。
iRc=ReadFile(mhRS，mabtRxBuf，cs.cbInQue，iReadChars,Nothing)
InputString=oEncoder.GetString(mabtRxBuf)‘轉換字節(jié)數組為字符串
3結論
　　改進后的檢定系統(tǒng)已用于對薄膜熱電阻元件的測試工序。實際使用情況表明，計算機操作界面設計符合質檢人員的操作習慣，使用便捷，有效縮短了測試報告的出具時間，減少了人為誤操作，提高了產品質檢工作的效率，具有良好的實際應用價值。