1、前言

    隨著計量法的深入，電子衡器的（de）應用也越來越廣泛，電子衡器正逐步替代老式的（de）稱重計量設（shè）施，在國內市場的占有額也日漸上升。由於地（dì）區的差異（yì），氣候條（tiáo）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（zǐ）衡器的荷重傳感器和微電子元件都（dōu）必須經過（guò） 高低溫老化試驗，進行必要的溫度補償後，才能保證得到精度穩定和性能優（yōu）良的電子衡器。為了確（què）保產品的質量和（hé）可靠性，必，須建造專門的電子（zǐ）衡器高低溫老化試驗室以便為廠家的（de）產品提供準確的溫度補償係（xì）數。
    2、設計原理和特點
    2.1 高低溫老（lǎo）化試驗（yàn）室技術指標
    溫室有效空（kōng）間： 5000mm (L) X2700mm (W)X 2200mm (H)
    溫度控製範圍： -20℃~500℃
    溫（wēn）度（dù）均勻度：溫室內有效區域各點（diǎn）溫差≤土（tǔ）1℃：
    溫度波動度：≤±1℃
    升溫時間(滿載)： 10℃→40℃≤40分鍾（zhōng）
    降溫時間(滿載)： 40℃→10℃≤40分鍾

    2.2  功能特點（diǎn）

     高低溫老化試驗室圍護結構采（cǎi）用硬質聚氨酯保溫材料，從而減少漏熱量和滿（mǎn）足快速變溫的要求；整個係統采用溫濕度顯（xiǎn）示儀表來顯示高低（dī）溫（wēn）老化試驗室的溫度和相對濕度，並可在-20℃~+50℃溫度範圍內保持任意（yì）溫度設定點；試驗室的空氣循（xún）環（huán）采用（yòng）全麵（miàn）孔板（bǎn）頂送風，機組下回風方式，從（cóng）而保（bǎo）證溫度均勻，工況穩（wěn）定；而且能（néng）保（bǎo）證在從低（dī）溫和高溫的反複循環過程中試件表麵不（bú）結露；溫控係統配備（bèi）定時器，能實現獨立定時（shí）關機；並配有雙（shuāng）重超溫報警（jǐng）裝置，同時能即時自動切斷相應（yīng）設備的電源。
    2.3  試驗室基本（běn）原理
    試驗室是由空氣處理係統(製冷、加熱（rè）和送風係統)、冷卻係統以及電氣控製係統三部分組成。
    製（zhì）冷係統對（duì）試驗室的有效區域起（qǐ）了降溫和（hé）除濕的作用，為了（le）達到升降溫速率的要求，係統中配備了三套機組，其中壓縮冷凝機組二台，低溫機組一台，對應一隻雙通（tōng）路表冷器和一台冷風機，便於當試驗室溫度工（gōng）況變化時，對機組進行選擇開啟（qǐ）。同時為了減少冷負荷損失，蒸發機組直接安置在試（shì）驗室內。
    加熱係統是由兩組獨立且容量相同的電加熱管組成（chéng），通過單回路（lù）過程程序控製器（qì）的PID控製，達.到升溫和維（wéi）持設定溫度的功能。
送風（fēng）係統采用全麵孔板（bǎn）頂送風的氣流組織，氣流通過靜壓層裏的（de）混合，均勻地送風至（zhì）控製區域，有效地保證了高低溫（wēn）老化試驗室溫度場的均勻性（xìng）。
    冷卻係統由冷卻水泵和冷（lěng）卻塔（tǎ）構（gòu）成，為（wéi）製冷係統提供冷卻水並通過冷凝壓力調（diào）節裝置來（lái）控製一（yī）年四季的（de）冷卻水流量，以滿足製冷係統全年運行的目的。

    高低溫老（lǎo）化試驗（yàn）室係統裝置原理如圖1所示。

    3、測控係統

    在電子衡器進行高低溫老化試驗時，由於衡器（qì）老化試驗的工藝過（guò）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（yǒu）區別，而（ér）且從高溫到低溫試驗時，溫濕度上升的斜率控製稍有不當，試件表麵就會產生結露（lù）現象；此外控製係統還要保證升溫或（huò）降溫速率；當試驗室內控（kòng）製區域溫度達到設定值（zhí）時，必須（xū）對製（zhì）冷機負荷進行選擇和（hé）調（diào）節，從而節（jiē）約運行費用；在恒溫保持階段之後，當電子（zǐ）衡器的表麵溫度與溫度趨於一致時，控製係統能夠（gòu）停機進行試驗以測定試件的溫度補償係數。基於上述要求（qiú），高低溫老（lǎo）化試驗室配備具有高速（sù）模糊PID控製的過程調節器，PID調節器由比例環節、積分環節和微分環節三（sān）部分共同構成。模糊（hú）PID算（suàn）法具有穩（wěn）態調節精度高，調節反應速度快，能克服係統的超調和抑製係統的欠調，並且過程調節器還能進行滿足電子（zǐ）衡器的工藝（yì）曲線要求的程序控製的操作。圖2是電子（zǐ）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（yùn）行時間所定。在編程中為了避免（miǎn）試件表麵結露現象的發（fā）生，不能直（zhí）接將.次停機後的目標溫度值設定在40℃，需要增加一個緩衝溫度點，根據冷空氣特性以及其與電子衡器表麵的換熱機理，先將緩衝溫度點設定為22℃，再由此溫度（dù）在規定（dìng）時間內上升至40℃，該過程均通過模糊PID調節器控製電加熱量來實現的。

    在（zài）此典型溫度控製過程中，過程調節器根據室內溫度傳感器的模擬信號（hào）值通過（guò）A/D轉（zhuǎn）換後與設定值進行比較，然後（hòu）輸出SSR驅動電壓調節信號，利用交流調（diào）功方式控製（zhì）電加熱（rè）量；同時按升降溫（wēn）速率要求的（de）設定溫（wēn）度點發出事件輸出信號，通過吸合事件繼電器來（lái）控製製冷機（jī）和風機的停開。

    實踐證明（míng），這種控製方式（shì）能將（jiāng）試驗室溫度波（bō）動穩定在土0.3℃以內。
    由於電子衡器進行高（gāo）低溫老化試驗的終目的是為了獲（huò）取對衡器荷重傳感器（qì）的溫度補償係數，因（yīn）此計算機係統除了對衡器自（zì）身（shēn）的荷重參數（shù）進行數據采集（jí）外，在停機（jī）試驗的同（tóng）時還必須采集當前的實際溫度值，圖4給出（chū）了過程調節器與計算機之間的通訊示意圖。通訊時，計算機必須根據過程調節器以及衡器本身的（de）通訊接口設定的地址，共（gòng）同約定數據格式（shì）、波特率等通訊（xùn）規約，發送通訊（xùn）文件，調節器在接受地址符合接收字符格式（shì）和校驗正確後，才能（néng）進（jìn）行正常的通訊。

    4、試驗結果及分析

    為了考核所建造的電子衡器（qì）高低溫老化試驗室的（de）設計、製造是否合理，根據GB10592 - 89《高低溫試驗箱技術條件》中第（dì）4款(技術要求)和（hé）第（dì）5款（kuǎn）(試（shì）驗（yàn）方法)中的內容，對試驗（yàn）室進行了溫度均勻性和波動性的計量標定試驗，在（zài）試驗室內布置21個溫度（dù）計測（cè）點，溫度計采用二等標準水銀溫（wēn）度計，測點在（zài）試驗室內的分布設置情況如圖5所示。

    經測試，各個測點的平均溫度值如表1所示（shì）。從測試結果可以看出，當標稱測試溫度為一15℃時，室內溫度（dù）均勻性為土0.7℃，溫度波動性小（xiǎo）於（yú）士0.2℃；而當標稱測試溫度為45℃時，室內溫（wēn）度均勻性為（wéi）土0.9℃，溫（wēn）度波動性小於土0.3℃。

    5、結（jié）論

    商用衡器（qì）、電子天平、汽車衡器等各類（lèi）電子衡：器產品已經進（jìn）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、製冷、計算機等（děng）機電一體化的（de）電子（zǐ）衡器高低溫老化試驗室的使用不：僅能（néng）提（tí）高生產效率，同時又能獲得精確的傳感器的溫度（dù）補償係數。實際（jì）應用的結果表明高低溫老化試驗室采用進口可（kě）編程（chéng）的單回路PID過程調節器，自動調整高低溫老化試驗（yàn）室溫度，並通過RS485通訊線與計算機進（jìn）行串行通訊，達到了溫度控製（zhì）準確（què），均勻性好，波動（dòng）度（dù）小（xiǎo），並且保證了試（shì）件（jiàn）表麵在高低溫老化試驗過程中做到不發生（shēng）結露，確保（bǎo）了產品的優良（liáng）質量（liàng）。