專利名稱：熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統及檢測方法
技術領域：
本發明屬于微電壓測量領域，特別涉及一種熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統及檢測方法。
背景技術：
熱電偶絲是一種工業用測溫材料，它利用塞貝克原理將溫度信號轉換成電信號而達到測溫的目的，所以熱電偶絲的電勢性能是判斷其質量優劣的重要指標。熱電偶是由正、負兩極不同的熱電偶材料組成，在相關國標及行業標準中對正、負兩極的熱電勢性能的均勻性和定點(如鋅點、鋁點、銅點)電勢都有明確的公差要求，而且對測試方法也有明確的規定。工業用熱電偶絲生產中通常每卷絲達幾百米甚至上千米，傳統的熱電偶絲熱電勢檢測是取約I米長樣品退火后與標樣作對比檢測。這種檢測方法是一種破壞性的檢測方法，這種方法不能用于生產中的要求對熱電偶絲的全部檢測。目前，國標中規定對熱電偶絲熱電勢均勻性檢測采用抽樣檢測頭、尾分別連續取三段約I米長熱電偶絲測試其電勢值，測試的平均值作為判斷整卷絲的電勢平均值，測試電勢最大值與最小值的差作為判斷整卷絲的不均勻性。由于這種方法不能對整卷絲材進行均勻性檢測，國標規定的測試方法具有一定局限性，它的前提是整卷絲的熱電勢均勻性波動不大。而事實上，合金材料由于熔煉帶來的成分不均勻以及偏析及加工工藝差異難以避免熱電偶絲的熱電勢在頭、中、尾產生較大波動。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，該系統由放線、退火、自動測試、計數器、收線等裝置組成一套熱電偶絲材的連續測試設備，在國內率先實現了熱電偶絲電勢均勻性檢測的無損性、連續性和自動化。熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，包括放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置、控制系統、信號采集系統、設置有熱電勢測試分析系統的計算機，其中放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置通過被檢測熱電偶絲動態連接，控制系統通過導線分別與測試單元、計米器、復繞裝置連接，信號采集系統通過導線分布與測試單元、計算機連接；
所述信號采集系統控制并顯示出采集信號，信號采集系統由數字萬用表和開關組成，被檢定熱偶絲和標準偶絲通過導線與開關相連，開關再通過導線與數字萬用表相連；
設置有熱電勢測試分析系統的計算機將每次采集的電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線。所述預處理裝置由加熱爐和溫控儀組成，溫控儀通過熱電偶與加熱爐的爐管連通。所述測試單元包括管式加熱爐、控溫熱電偶、接線塊、標準熱電偶絲，管式加熱爐的一側設置有壓下裝置，壓下裝置與被測熱電偶絲接觸，接線塊置于管式加熱爐的爐管中央，接線塊設有供被測熱電偶絲穿過的中心孔，標準熱電偶絲的一端固定在接線塊中心孔的一側，另一端通過導線與信號采集系統相連。所述壓下裝置包括橫桿、豎桿和手柄，其中手柄設置在橫桿上，橫桿的兩端分別固定有垂直于橫桿的豎桿，豎桿的端頭設置有帶有凹槽的壓塊。所述壓塊為不導電膠木塊，所述橫桿、豎桿采用金屬桿。所述接線塊為圓金屬片，其外徑與爐管內徑相同，與爐管軸向垂直置于爐管的中央。本發明的第二個目的是提供一種本專利采用無損連續自動的測試方法，該方法能夠對熱電偶絲熱電勢進行連續、自動、無損的檢測，具有精確高、客觀性強的優點。本發明所述的檢測系統和方法適用于所有熱電偶絲熱電勢均勻性的全段檢測。熱電偶絲熱電勢的自動檢測方法有以下步驟
1)將一卷被測熱電偶絲放于放線裝置上，一端頭依次穿過預處理裝置的加熱爐、測試單元的管式加熱爐、經計米器繞線輪，固定在復繞裝置上的收線筒上；
2)測試前將預處理裝置和測試單元設定為800 1600°C；
3)啟動控制系統，按下“啟動”鍵，測試單元、計米器和復繞裝置同時啟動，測試單元的壓下裝置抬起，計米器開始計算被測熱電偶絲的運行長度，復繞裝置對被測熱電偶絲排線復繞，復繞裝置開始復繞排線；按下“停止”鍵，測試單元、計米器和復繞裝置同時停止工作，測試單元的壓下裝置壓下，計米器停止計算被測熱電偶絲的運行長度，復繞裝置停止排線的復繞，復繞排線停止工作，同時自動啟動信號采集及測試分析系統；
當復繞排線停止工作時，壓下裝置自動壓下，將被測熱電偶絲推向接線塊，將被測熱電偶絲、標準熱電偶絲、開關和數字萬用表連通成回路，數字萬用表開始自動采集電勢信號，并通過計算機傳輸給熱電勢測試分析系統形成采集記錄，信號采集系統將每次采集的熱電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線，信號采集系統每次完成信號采集后，控制系統又重新啟動復繞排線；
采集數據經熱電勢測試分析系統自動生成相應曲線，上述I) -3)步驟交替進行直至被測熱電偶絲測試完畢，檢出整卷熱電熱電偶絲的熱電勢。復繞排線的從工作到停止的間隔時間由系統自動控制，其間隔時間為O. 5 5min。本發明的優點及有益效果
(I)本發明實現了熱電偶絲熱電勢的無損、自動、連續、全段檢測，該系統可有效監控和分析熱電偶絲全段熱電勢均勻性水平，有利于熱電偶絲的精確配對和篩選出不合格品。(2)現行國標對熱電偶絲熱電勢的檢測是檢測頭、尾樣品，而本發明通過全段熱電勢檢測和分析實現了分段精確配對，經測試配對的熱電偶絲精確度更高、可靠性更好、優等品更多。(3)本發明自動化程度高，有效提高了工作效率，比傳統的工藝提高60%以上效率。所述的檢測系統和方法適用于所有熱電偶絲熱電勢均勻性的全段檢測，特別適用于S (鉬銠10-鉬)、R(鉬銠13-鉬)、B (鉬銠30-鉬銠6)、N型(鎳鉻硅-鎳硅鎂)、K型(鎳鉻-鎳硅)、E型(鎳鉻-銅鎳)、J型(鐵-銅鎳)、T型(銅-銅鎳)等熱電偶絲熱電勢均勻性檢測。本發明所述的加熱爐、自動排線裝置、電氣控制開關、數字萬用表均采用市場銷售的常規產品。
圖I為檢測系統的示意圖2為計米器的示意圖3為復繞裝置的示意圖4為壓下裝置的示意圖5為檢測方法的流程圖。圖中，I為金屬橫桿，2為金屬豎桿，3為壓塊，4為手柄，5為繞線輪，6為計數器，7為電機，8為收線筒，9為自動排線裝置，10為復繞裝置，11為放線裝置，12為熱電偶絲，13為預處理裝置，14為控制裝置，15為測試單元，16為信號采集系統，17為計算機，18為接線塊，19為壓下裝置，20為計米器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。參見圖1，本發明的檢測系統包括復繞裝置10、放線裝置11、預處理裝置13、控制系統14、測試單元15、信號采集系統16、設置有熱電勢測試分析系統的計算機17組成、計米器20。其中，
放線裝置由不銹鋼架、膠木錐形線筒和軸承組成，膠木錐形線筒通過軸承安裝在不銹鋼架上。熱電偶絲在測試時可放于膠木錐形線筒上，一端線在拉力下持續引出，軸承在線筒受切線拉力下持續轉動，熱電偶絲也隨之不斷引出。預處理裝置由加熱爐和控溫系統組成，主要作用是對被測偶絲進行退火預處理，消除偶絲加工應力，使偶絲熱電勢處于穩定狀態。加熱爐爐管為高純剛玉管，加熱材料為鉬銠合金絲，爐管規格為0 (20-30) mmX (800-1000)111111，加熱爐最高控溫達16001，控溫熱電偶為PtRhlO-Pt熱電偶。測試單元參見圖1，測試單元由管狀加熱爐、控溫熱電偶、接線塊、標準偶絲等組成，主要作用是在一定溫度下對被測偶絲與標準偶絲的熱電勢作對比測試。本測試單元的管狀加熱爐僅用于對測試溫度的控制，其規格比預處理裝置中的加熱爐規格小。測試單元的管狀加熱爐爐管規格為0 (20-30) mmX (20-30)mm，最高控溫達1600°C。控溫熱電偶和爐管材料與預處理裝置中的加熱爐相同。接線塊為一中間帶孔的圓形金屬片，其外徑與爐管內徑相同，置于爐管的中央，金屬圓片的面與爐管軸向垂直放置。金屬圓片上焊接有標準偶絲，標準偶絲另一端通過導線與信號采集系統相連。被測偶絲從金屬片中間圓孔穿過，當測試時C中管狀爐兩端壓下裝置自動壓下，此時被測試偶絲12的一端通過接線塊18與標準偶絲相連，另一端通過壓下裝置接點與導線、信號采集系統相連，從而使標準偶絲、連接塊、被測偶絲、系統采集裝置等形成閉合聯通，以檢測熱電偶絲的熱電勢。
參見圖I和圖4，測試單元的一側放置有壓下裝置19，該裝置包括橫桿、豎桿和手柄，所述橫桿、豎桿采用金屬桿。其中手柄4設置在橫桿I上，橫桿的兩端分別固定有垂直于橫桿2的豎桿，豎桿的端頭設置有帶有凹槽的壓塊3。所述壓塊為不導電膠木塊。在檢測熱電偶絲的熱電勢時，當需要被測熱電偶絲與標準熱電偶絲接觸時，壓下手柄，使膠木塊凹槽處壓住被測熱電偶絲并緊密接觸，使被測試偶絲通過壓下裝置接點與導線、信號采集系統相連，從而使標準偶絲、連接塊、被測偶絲、系統采集裝置等形成閉合聯通。參見圖2，計米器通過計數器6通過軸承與繞線輪5相連，以計算被測熱電偶絲的長度及圈數。被測熱電偶絲在繞線盤上繞一圈后再連接復繞收線裝置，繞線盤每轉動一圈即為通過的被測熱電偶絲長度為繞線盤直徑的長度，由此計算顯示偶絲精確長度。參見圖3，復繞裝置該裝置由電機7、自動排線裝置(本實施例采用KD-2C型，杭州永勝電子機械廠)9及收線筒8 (錐形線筒通過軸承安裝在架子上)組成。電機控制收線速度，自動排線裝置控制排線的間距及寬度，收線筒將絲材卷規整。控制系統由電氣控制開關與測試單元、計米器和復繞裝置電連接組成，實現系統的聯動控制。當按下電氣控制開關“啟動”鍵時，測試單元、計米器和復繞裝置同時啟動，壓下裝置抬起，計米器開始計算運行長度，開始對熱偶絲排線復繞。當按下電氣控制開關“停止”鍵時，測試單元、計米器和復繞裝置同時停止作業壓下裝置壓下，計米器停止計算運行長度，停止排線復繞。信號采集系統由開關和數字萬用表組成。被檢定熱偶絲和標準偶絲通過導線與開關相連，開關再通過導線與數字萬用表相連。當控制系統停止時，壓下裝置壓下，此時被測偶絲、標準偶絲、開關和數字萬用表連通成回路，信號采集系統啟動，系統將采集的電信號轉換為數字信號顯示出來，并將采集信號傳輸給計算機中的熱電勢測試分析系統形成相應記錄。計算機中的熱電勢測試分析系統將每次采集的熱電偶電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線，通過系統分析判斷熱偶絲熱電性能是否合格。如果合格再判定是什么等級的產
品O本發明所述的檢測方法如下參見圖5
(I)控溫在測試前首先將預處理裝置和測試單元控制至設定溫度(根據測試所需在800 1600°C溫區取值)。(2)安裝偶絲將一卷被測熱電偶絲放于放線裝置上，引出一端頭依次穿過預處理裝置的加熱爐、測試單元管狀加熱爐、計米器繞線輪，最后將端頭固定在復繞裝置上的收線筒上。(3)復繞排線安裝被測熱電偶絲后，啟動控制系統，測試單元、計米器和復繞裝置同時啟動，開始復繞排線；復繞排線停止，同時自動啟動信號采集及測試分析系統。復繞排線開始和停止的間隔時間根據被測熱電偶絲的均有程度設定，其間隔時間為O. 5 5min。(4)信號采集和數據分析當復繞排線停止工作，數字萬用表自動進行電勢信號采集，每次完成信號采集后又重新啟動復繞排線，如此往復不斷循環，直至被測偶絲測試完畢。采集數據經熱電勢測試分析系統自動生成相應曲線，對一些異常的數據作出相應的標記。(5)卸下偶絲測試完畢后從復繞線盤上卸下被測熱偶絲。
(6)關閉系統關閉控溫及測試分析系統。檢測結果評價
(O評價標準熱電偶絲是由正極和負極材料配對組成，其熱電勢表示方法為正、負兩極電勢之差E = E1-EvE1和Eil是偶絲某一被測點相對于標準偶絲熱電勢的偏離值，可能為正值也可能為負值。例如E正=3 μ V，E負=-3 μ V，則E = E1- Eil = 6μν;如果E正=3μν，Ε負= 3μV，則E = E正一E負=O μ V。所以可以判斷①當偶絲正負熱電勢同高或同低時，其配對電勢更接近標準值；②偶絲正極高值配負極低值，則配對偶絲電勢向正值方向偏離更多；③偶絲正極低值配負極高值則配對偶絲電勢向負值方向偏離更多。(2)數據分析評價熱電勢測試分析系統根據(I)所述的評價標準及偶絲優先配對原則，系統經過分析會自動將熱偶絲按數據高、中、低分為幾段。然后進行最優化的分段配對。部分配對超標偶絲判定為不合格品，篩選出來后進入不合格品處理程序。實施例I.
復繞裝置10、放線裝置11、預處理裝置13、控制系統14、測試單元15、信號采集系統16、設置有熱電勢測試分析系統的計算機17組成、計米器20
放線裝置的膠木錐形筒尺寸為筒上端直徑為0110mm，筒底端直徑為0120mm，筒高120mm ;預處理裝置爐管內徑為020mm,外徑為030mm,長度為1000mm,爐管加熱絲為
0l.Omm的PtRh20合金絲材，控溫熱電偶為一等標準PtRhlO-Pt熱電偶；測試單元爐管規格為內徑0 20 mm,外徑0 30 mm,長度20mm,最高控溫1500°C,控溫熱電偶為一等標準PtRhlO-Pt熱電偶，爐管中接線塊材料為鉬塊；計米器計米器上的繞線盤直徑為050mm ；G信號采集系統數字萬用表采用7081型數字萬用表，開關采用B4-65開關；設置有熱電勢測試分析系統的計算機(Windows XP系統)。用于S(鉬銠10-鉬)、R(鉬銠13-鉬)等熱電偶絲熱電勢均勻性檢測。具體操作是測試前將預處理裝置和測試單元設定為150(TC;啟動控制系統，設置復繞排線間隔時間參數為3min ;復繞裝置開始復繞排線，當按下“啟動”鍵時，測試單元、計米器和復繞裝置同時啟動，測試單元的壓下裝置抬起，計米器開始計算運行長度，復繞裝置開始對熱電偶絲排線復繞。當按下“停止”鍵時，測試單元、計米器和復繞裝置同時停止作業，測試單元壓下裝置壓下，計米器停止計算運行長度，停止排線復繞，復繞排線間隔時間由系統自動控制，每間隔3min，復繞排線停止工作，同時自動啟動信號采集及測試分析系統，并通過計算機傳輸給熱電勢測試分析系統形成相應記錄，信號采集系統將每次采集的電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線，信號采集系統每次完成信號采集后，控制系統又重新啟動復繞排線。采集數據經熱電勢測試分析系統自動生成相應曲線，復繞排線停止工作，數字萬用表自動進行電勢信號采集，每次完成信號采集后又重新啟動復繞排線，如此往復不斷循環，直至被測偶絲測試完畢，檢出整卷熱電熱電偶絲的熱電勢。檢測500米的S型PtRhlO-Pt熱電偶絲均勻性檢測部分數據表表I所示，對整卷偶絲進行檢測后，取樣測試兩個高值點4和16及中間值點18的熱電勢，滿足國標GB/T1598-2010對于S型PtRhlO-Pt熱電偶絲熱電勢要求，整卷偶絲均勻性好，達到標準要求。表I S偶絲熱電均勻性檢測數據表μ V
權利要求
1.一種熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于包括放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置、控制系統、信號采集系統、設置有熱電勢測試分析系統的計算機，其中放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置通過被檢測熱電偶絲動態連接，控制系統通過導線分別與測試單元、計米器、復繞裝置連接，信號采集系統通過導線分別與測試單元、計算機連接；所述信號采集系統控制并顯示出采集信號，信號采集系統由數字萬用表和開關組成，被檢定熱偶絲和標準熱偶絲通過導線與開關相連，開關再通過導線與數字萬用表相連；設置有熱電勢測試分析系統的計算機將每次采集的電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線。
2.根據權利要求I所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于所述預處理裝置由加熱爐和溫控儀組成，溫控儀通過熱電偶與加熱爐的爐管連通。
3.根據權利要求I所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于所述測試單元包括管式加熱爐、控溫熱電偶、接線塊、標準熱電偶絲，管式加熱爐的一側設置有壓下裝置，壓下裝置與被測熱電偶絲接觸，接線塊置于管式加熱爐的爐管中央，接線塊設有供被測熱電偶絲穿過的中心孔，標準熱電偶絲的一端固定在接線塊中心孔的一側，另一端通過導線與信號采集系統相連。
4.根據權利要求3所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于所述壓下裝置包括橫桿、豎桿和手柄，其中手柄設置在橫桿上，橫桿的兩端分別固定有垂直于橫桿的豎桿，豎桿的端頭均設置有帶有凹槽的壓塊。
5.根據權利要求4所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于所述壓塊為不導電膠木塊。
6.根據權利要求3所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，其特征在于所述接線塊為圓金屬片，其外徑與爐管內徑相同，與爐管軸向垂直置于爐管的中央。
7.一種熱電偶絲熱電勢的自動檢測方法，其特征在于，有以下步驟1)將一卷被測熱電偶絲放于放線裝置上，一端頭依次穿過預處理裝置的加熱爐、測試單元的管式加熱爐、經計米器繞線輪，固定在復繞裝置上的收線筒上；2)測試前將預處理裝置和測試單元設定為800 1600°C；3)啟動控制系統，按下“啟動”鍵，測試單元、計米器和復繞裝置同時啟動，測試單元的壓下裝置抬起，計米器開始計算被測熱電偶絲的運行長度，復繞裝置對被測熱電偶絲排線復繞，復繞裝置開始復繞排線；按下“停止”鍵，測試單元、計米器和復繞裝置同時停止工作，測試單元的壓下裝置壓下，計米器停止計算被測熱電偶絲的運行長度，復繞裝置停止排線的復繞，復繞排線停止工作，同時自動啟動信號采集及測試分析系統；當復繞排線停止工作時，壓下裝置自動壓下，將被測熱偶絲推向接線塊，將被測熱電偶絲、標準熱電偶絲、開關和數字萬用表連通成回路，數字萬用表開始自動采集電勢信號，并通過計算機傳輸給熱電勢測試分析系統形成采集記錄，信號采集系統將每次采集的熱電勢信號記錄自動生成熱電勢曲線，信號采集系統每次完成信號采集后，控制系統又重新啟動復繞排線；采集數據經熱電勢測試分析系統自動生成相應曲線，上述I) -3)步驟交替進行直至被測熱電偶絲測試完畢，檢出整卷熱電偶絲的熱電勢。
8.根據權利要求7所述的熱電偶絲熱電勢的自動檢測方法，其特征在于，復繞排線的從工作到停止的間隔時間由系統自動控制，其間隔時間為O. 5 5min。
全文摘要
本發明涉及一種熱電偶絲熱電勢的自動檢測系統，該包括放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置、控制系統、信號采集系統、設置有熱電勢測試分析系統的計算機，其中放線裝置、預處理裝置、測試單元、計米器、復繞裝置通過被檢測熱電偶絲動態連接，控制系統通過導線分別與測試單元、計米器、復繞裝置連接，信號采集系統通過導線分別與測試單元、計算機連接。本發明能夠對熱電偶絲熱電勢進行連續、自動、無損的檢測，具有精確高、客觀性強的優點，所述的檢測系統和方法適用于所有熱電偶絲熱電勢均勻性的全段檢測。
文檔編號G01R19/25GK102944735SQ20121047461
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者李國綱, 唐會毅, 汪建勝, 吳保安, 劉慶賓, 陳德茂 申請人:重慶材料研究院