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施，在國內市場的占有額也日漸上升。由于地區的差異，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定和性能優良的電子衡器。為了確保產品的質量和可靠性，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品提供準確的溫度補償系數。
    2、設計原理和特點
    2.1 高低溫老化試驗室技術指標
    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：溫室內有效區域各點溫差≤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構采用硬質聚氨酯保溫材料，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℃溫度范圍內保持任意溫度設定點；試驗室的空氣循環采用全面孔板頂送風，機組下回風方式，從而保證溫度均勻，工況穩定；而且能保證在從低溫和高溫的反復循環過程中試件表面不結露；溫控系統配備定時器，能實現獨立定時關機；并配有雙重超溫報警裝置，同時能即時自動切斷相應設備的電源。
    2.3  試驗室基本原理
    試驗室是由空氣處理系統(制冷、加熱和送風系統)、冷卻系統以及電氣控制系統三部分組成。
    制冷系統對試驗室的有效區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，蒸發機組直接安置在試驗室內。
    加熱系統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.到升溫和維持設定溫度的功能。
送風系統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。
    冷卻系統由冷卻水泵和冷卻塔構成，為制冷系統提供冷卻水并通過冷凝壓力調節裝置來控制一年四季的冷卻水流量，以滿足制冷系統全年運行的目的。

    高低溫(wen)老化試(shi)驗室系統(tong)裝置原理如圖1所示。

    3、測控系統

    在電子衡器進行高(gao)(gao)低溫(wen)(wen)老(lao)化試(shi)驗(yan)時(shi)，由(you)于衡(heng)(heng)器(qi)老(lao)化試(shi)驗(yan)的(de)(de)工藝過(guo)(guo)程要求從高(gao)(gao)溫(wen)(wen)到(dao)低溫(wen)(wen)再上升至高(gao)(gao)溫(wen)(wen)，每個測試(shi)溫(wen)(wen)度點的(de)(de)恒(heng)溫(wen)(wen)時(shi)間亦有(you)(you)區別(bie)，而(er)且從高(gao)(gao)溫(wen)(wen)到(dao)低溫(wen)(wen)試(shi)驗(yan)時(shi)，溫(wen)(wen)濕度上升的(de)(de)斜率控(kong)制(zhi)(zhi)稍(shao)有(you)(you)不當(dang)(dang)，試(shi)件表面(mian)(mian)就會產生結露(lu)現象；此外控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)還要保(bao)證升溫(wen)(wen)或降(jiang)溫(wen)(wen)速(su)率；當(dang)(dang)試(shi)驗(yan)室內(nei)控(kong)制(zhi)(zhi)區域溫(wen)(wen)度達到(dao)設(she)定值時(shi)，必須對制(zhi)(zhi)冷(leng)機負荷進行選(xuan)擇和(he)調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)，從而(er)節(jie)(jie)約運(yun)行費用；在恒(heng)溫(wen)(wen)保(bao)持(chi)階段(duan)之(zhi)后，當(dang)(dang)電(dian)子(zi)衡(heng)(heng)器(qi)的(de)(de)表面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度與溫(wen)(wen)度趨(qu)于一(yi)(yi)致時(shi)，控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)能夠(gou)停機進行試(shi)驗(yan)以測定試(shi)件的(de)(de)溫(wen)(wen)度補償系數。基于上述要求，高(gao)(gao)低溫(wen)(wen)老(lao)化試(shi)驗(yan)室配(pei)備具(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)速(su)模糊PID控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)過(guo)(guo)程調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)器(qi)，PID調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)器(qi)由(you)比例環節(jie)(jie)、積分(fen)環節(jie)(jie)和(he)微分(fen)環節(jie)(jie)三部分(fen)共同構成。模糊PID算法具(ju)有(you)(you)穩態調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)精(jing)度高(gao)(gao)，調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)反應速(su)度快，能克服系統(tong)(tong)的(de)(de)超調(diao)(diao)(diao)和(he)抑(yi)制(zhi)(zhi)系統(tong)(tong)的(de)(de)欠(qian)調(diao)(diao)(diao)，并且過(guo)(guo)程調(diao)(diao)(diao)節(jie)(jie)器(qi)還能進行滿足電(dian)子(zi)衡(heng)(heng)器(qi)的(de)(de)工藝曲(qu)線(xian)要求的(de)(de)程序控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)操作(zuo)。圖2是電(dian)子(zi)衡(heng)(heng)器(qi)老(lao)化試(shi)驗(yan)的(de)(de)一(yi)(yi)-個典型(xing)過(guo)(guo)程曲(qu)線(xian)。

    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露現象的發生，不能直接將.次停機后的目標溫度值設定在40℃，需要增加一個緩沖溫度點，根據冷空氣特性以及其與電子衡器表面的換熱機理，先將緩沖溫度點設定為22℃，再由此溫度在規定時間內上升至40℃，該過程均通過模糊PID調節器控制電加熱量來實現的。

    在此典型(xing)溫度控(kong)制過(guo)程(cheng)中(zhong)，過(guo)程(cheng)調節器根據室(shi)內(nei)溫度傳感(gan)器的模擬(ni)信號(hao)值通過(guo)A/D轉換(huan)后(hou)與設定(ding)值進行比較，然后(hou)輸出(chu)(chu)SSR驅動電壓調節信號(hao)，利(li)用(yong)交流調功方式控(kong)制電加熱量；同時按升降溫速率要求的設定(ding)溫度點(dian)發出(chu)(chu)事件(jian)(jian)輸出(chu)(chu)信號(hao)，通過(guo)吸合事件(jian)(jian)繼電器來控(kong)制制冷機和(he)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定在土0.3℃以內。
    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，因此計算機系統除了對衡器自身的荷重參數進行數據采集外，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通訊接口設定的地址，共同約定數據格式、波特率等通訊規約，發送通訊文件，調節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計、制造是否合理，根據GB10592 - 89《高低溫試驗箱技術條件》中第4款(技術要求)和第5款(試驗方法)中的內容，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，測點在試驗室內的分布設置情況如圖5所示。

    經測試，各個測點的平均溫(wen)(wen)度(du)(du)值如表1所示(shi)。從測試結果可以看(kan)出，當標稱測試溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)一15℃時(shi)，室內溫(wen)(wen)度(du)(du)均勻(yun)性(xing)為(wei)(wei)土0.7℃，溫(wen)(wen)度(du)(du)波動性(xing)小于(yu)士0.2℃；而當標稱測試溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)45℃時(shi)，室內溫(wen)(wen)度(du)(du)均勻(yun)性(xing)為(wei)(wei)土0.9℃，溫(wen)(wen)度(du)(du)波動性(xing)小于(yu)土0.3℃。

    5、結論

    商用衡器、電子天平、汽車衡器等各類電子衡：器產品已經進人了微電子時代，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：僅能提高生產效率，同時又能獲得精確的傳感器的溫度補償系數。實際應用的結果表明高低溫老化試驗室采用進口可編程的單回路PID過程調節器，自動調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生結露，確保了產品的優良質量。