1、前言

    隨著計量法的深入，電子衡器的應用也越來越廣泛，電子衡器正逐步替代老式的稱重計量設(shè)施，在國內(nèi)市場的占有額也日漸上升。由于地區(qū)的差異，氣候條件的不同，要求電子衡器在任何溫度情況下都具有高精度的計量性能，因此電子衡器的荷重傳感器和微電子元件都必須經(jīng)過 高低溫老化試驗，進行必要的溫度補償后，才能保證得到精度穩(wěn)定和性能優(yōu)良的電子衡器。為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必，須建造專門的電子衡器高低溫老化試驗室以便為廠家的產(chǎn)品提供準確的溫度補償系數(shù)。
    2、設(shè)計原理和特點
    2.1 高低溫老化試驗室技術(shù)指標
    溫室有效空間： 5000mm (L) X2700mm (W)X 2200mm (H)
    溫度控制范圍： -20℃~500℃
    溫度均勻度：溫室內(nèi)有效區(qū)域各點溫差≤土1℃：
    溫度波動度：≤±1℃
    升溫時間(滿載)： 10℃→40℃≤40分鐘
    降溫時間(滿載)： 40℃→10℃≤40分鐘

    2.2  功能特點

     高低溫老化試驗室圍護結(jié)構(gòu)采用硬質(zhì)聚氨酯保溫材料，從而減少漏熱量和滿足快速變溫的要求；整個系統(tǒng)采用溫濕度顯示儀表來顯示高低溫老化試驗室的溫度和相對濕度，并可在-20℃~+50℃溫度范圍內(nèi)保持任意溫度設(shè)定點；試驗室的空氣循環(huán)采用全面孔板頂送風，機組下回風方式，從而保證溫度均勻，工況穩(wěn)定；而且能保證在從低溫和高溫的反復循環(huán)過程中試件表面不結(jié)露；溫控系統(tǒng)配備定時器，能實現(xiàn)獨立定時關(guān)機；并配有雙重超溫報警裝置，同時能即時自動切斷相應設(shè)備的電源。
    2.3  試驗室基本原理
    試驗室是由空氣處理系統(tǒng)(制冷、加熱和送風系統(tǒng))、冷卻系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)三部分組成。
    制冷系統(tǒng)對試驗室的有效區(qū)域起了降溫和除濕的作用，為了達到升降溫速率的要求，系統(tǒng)中配備了三套機組，其中壓縮冷凝機組二臺，低溫機組一臺，對應一只雙通路表冷器和一臺冷風機，便于當試驗室溫度工況變化時，對機組進行選擇開啟。同時為了減少冷負荷損失，蒸發(fā)機組直接安置在試驗室內(nèi)。
    加熱系統(tǒng)是由兩組獨立且容量相同的電加熱管組成，通過單回路過程程序控制器的PID控制，達.到升溫和維持設(shè)定溫度的功能。
送風系統(tǒng)采用全面孔板頂送風的氣流組織，氣流通過靜壓層里的混合，均勻地送風至控制區(qū)域，有效地保證了高低溫老化試驗室溫度場的均勻性。
    冷卻系統(tǒng)由冷卻水泵和冷卻塔構(gòu)成，為制冷系統(tǒng)提供冷卻水并通過冷凝壓力調(diào)節(jié)裝置來控制一年四季的冷卻水流量，以滿足制冷系統(tǒng)全年運行的目的。

    高低溫老化試驗室系統(tǒng)裝置原理如圖1所示。

    3、測控系統(tǒng)

    在電子衡器進行高低溫老化試驗時，由于衡器老化試驗的工藝過程要求從高溫到低溫再上升至高溫，每個測試溫度點的恒溫時間亦有區(qū)別，而且從高溫到低溫試驗時，溫濕度上升的斜率控制稍有不當，試件表面就會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象；此外控制系統(tǒng)還要保證升溫或降溫速率；當試驗室內(nèi)控制區(qū)域溫度達到設(shè)定值時，必須對制冷機負荷進行選擇和調(diào)節(jié)，從而節(jié)約運行費用；在恒溫保持階段之后，當電子衡器的表面溫度與溫度趨于一致時，控制系統(tǒng)能夠停機進行試驗以測定試件的溫度補償系數(shù)。基于上述要求，高低溫老化試驗室配備具有高速模糊PID控制的過程調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)三部分共同構(gòu)成。模糊PID算法具有穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)反應速度快，能克服系統(tǒng)的超調(diào)和抑制系統(tǒng)的欠調(diào)，并且過程調(diào)節(jié)器還能進行滿足電子衡器的工藝曲線要求的程序控制的操作。圖2是電子衡器老化試驗的一-個典型過程曲線。

    過程曲線是由平直線和斜線組成，斜率是由目標值和運行時間所定。在編程中為了避免試件表面結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，不能直接將.次停機后的目標溫度值設(shè)定在40℃，需要增加一個緩沖溫度點，根據(jù)冷空氣特性以及其與電子衡器表面的換熱機理，先將緩沖溫度點設(shè)定為22℃，再由此溫度在規(guī)定時間內(nèi)上升至40℃，該過程均通過模糊PID調(diào)節(jié)器控制電加熱量來實現(xiàn)的。

    在此典型溫度控制過程中，過程調(diào)節(jié)器根據(jù)室內(nèi)溫度傳感器的模擬信號值通過A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進行比較，然后輸出SSR驅(qū)動電壓調(diào)節(jié)信號，利用交流調(diào)功方式控制電加熱量；同時按升降溫速率要求的設(shè)定溫度點發(fā)出事件輸出信號，通過吸合事件繼電器來控制制冷機和風機的停開。

    實踐證明，這種控制方式能將試驗室溫度波動穩(wěn)定在土0.3℃以內(nèi)。
    由于電子衡器進行高低溫老化試驗的終目的是為了獲取對衡器荷重傳感器的溫度補償系數(shù)，因此計算機系統(tǒng)除了對衡器自身的荷重參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集外，在停機試驗的同時還必須采集當前的實際溫度值，圖4給出了過程調(diào)節(jié)器與計算機之間的通訊示意圖。通訊時，計算機必須根據(jù)過程調(diào)節(jié)器以及衡器本身的通訊接口設(shè)定的地址，共同約定數(shù)據(jù)格式、波特率等通訊規(guī)約，發(fā)送通訊文件，調(diào)節(jié)器在接受地址符合接收字符格式和校驗正確后，才能進行正常的通訊。

    4、試驗結(jié)果及分析

    為了考核所建造的電子衡器高低溫老化試驗室的設(shè)計、制造是否合理，根據(jù)GB10592 - 89《高低溫試驗箱技術(shù)條件》中第4款(技術(shù)要求)和第5款(試驗方法)中的內(nèi)容，對試驗室進行了溫度均勻性和波動性的計量標定試驗，在試驗室內(nèi)布置21個溫度計測點，溫度計采用二等標準水銀溫度計，測點在試驗室內(nèi)的分布設(shè)置情況如圖5所示。

    經(jīng)測試，各個測點的平均溫度值如表1所示。從測試結(jié)果可以看出，當標稱測試溫度為一15℃時，室內(nèi)溫度均勻性為土0.7℃，溫度波動性小于士0.2℃；而當標稱測試溫度為45℃時，室內(nèi)溫度均勻性為土0.9℃，溫度波動性小于土0.3℃。

    5、結(jié)論

    商用衡器、電子天平、汽車衡器等各類電子衡：器產(chǎn)品已經(jīng)進人了微電子時代，對荷重傳感器的精度要求也越來越高，作為集機械、制冷、計算機等機電一體化的電子衡器高低溫老化試驗室的使用不：僅能提高生產(chǎn)效率，同時又能獲得精確的傳感器的溫度補償系數(shù)。實際應用的結(jié)果表明高低溫老化試驗室采用進口可編程的單回路PID過程調(diào)節(jié)器，自動調(diào)整高低溫老化試驗室溫度，并通過RS485通訊線與計算機進行串行通訊，達到了溫度控制準確，均勻性好，波動度小，并且保證了試件表面在高低溫老化試驗過程中做到不發(fā)生結(jié)露，確保了產(chǎn)品的優(yōu)良質(zhì)量。