按照JJG 617-1996，在溫控器的檢定項目中，PID控制的檢定一直是實施較為困難的部分，涉及的標準器及配套設(shè)施的種類多，需要記錄和處理的數(shù)據(jù)較為復雜，在臺件數(shù)較多的情況下現(xiàn)場檢定很不方便。為了適應(yīng)當前儀器設(shè)備的發(fā)展狀況，我們試驗用一套現(xiàn)有的、通用的平臺來記錄、處理溫控器輸出的電量值。
1、檢定溫控器PID控制需要的儀器及配套設(shè)備
①高精度過程校驗儀：能根據(jù)設(shè)定的分度號，將輸入的溫度值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量并輸出。
②有RS232控制功能的數(shù)字多用表，按規(guī)程要求，0-10mA輸出接1kΩ負載，4-20mA輸出接500Ω負載，還應(yīng)能滿足0-20V直流電壓的測量需求，在本文中以Keithley2000型為例進行測量。
③安裝Windows系統(tǒng)的電腦。
④配套的負載電阻和USB to RS232連接線。
2、過程校驗儀、數(shù)字多用表和溫控器連接線路
將過程校驗儀的輸出連接到被檢溫控器的熱電偶輸入端，將數(shù)字多用表和負載電阻串接接到溫控器的控制輸出端。通過USB to RS232連接線將數(shù)字多用表連接到電腦，安裝驅(qū)動后，打開電腦上的串口調(diào)試軟件。
3、Keithley2000型數(shù)字多用表的常用串口指令
指令 作用
REN 打開遠程控制
CONF:VOLT:DC 設(shè)置為直流電壓檔單次測量模式
CONF:CURR:DC 設(shè)置為直流電流檔單次測量模式
FETCh? 請求并返回最后一個非觸發(fā)的讀數(shù)
READ? 重置觸發(fā)系統(tǒng)，初始化，并讀取讀數(shù)
4、檢定操作方法
選擇一臺PID控制的被檢溫控器，將被檢溫控器的分度號設(shè)置為K型，設(shè)定點為1/2量程左右，控制輸出類型設(shè)置為4-20mA，K型熱電偶的滿量程為-200~1300℃，所以設(shè)定點設(shè)置為600℃，將比例帶設(shè)為10%。然后計算輸入階躍信號的大小，按規(guī)程要求階躍信號的大小應(yīng)為比例范圍的1/5，已知全量程為1500℃，所以階躍信號大小設(shè)為30℃。由圖解法檢定比例帶、再調(diào)時間、預(yù)調(diào)時間時，在正向輸出特性曲線上得到，固在階躍終點應(yīng)設(shè)置為600-30=570℃。
將570℃輸入過程校驗儀，在串口調(diào)試助手中打開連接數(shù)字多用表的端口，將數(shù)字多用表設(shè)置為直流電流mA檔，并以100ms為周期重復發(fā)送READ?指令，數(shù)字多用表就會不停地返回當前測得的電流值。
將數(shù)字多用表測量獲得的溫控器控制輸出電流數(shù)據(jù)豎向復制到excel中，并在前一列按照當時重復發(fā)送指令的時間間隔為獲得的數(shù)據(jù)編上時間碼，同時，根據(jù)數(shù)字多用表的測量值就能得到以下表格。
時間t (單位：s) 電流I (單位：mA)
0.1 6.8145
0.2 6.8144
0.3 6.8145
0.4 6.8147
0.5 6.8065
0.6 6.7955
0.7 6.7879
…… ……
可以看出實驗結(jié)果基本符合溫控器階躍輸出響應(yīng)曲線。在傳統(tǒng)的圖解法中，比例帶PB、再調(diào)時間T1、預(yù)調(diào)時間TD是在正向輸出特性曲線上作圖得到的。延長積分作用曲線DC與AB相交，得到交點處的電流I1，實際比例帶則可以按下式計算得到。
公式中:Δtj為階躍輸入前后電量值之差折算成的溫度差(℃)；FS為儀表量程(℃)；FS′為儀表輸出量程(mA)；I0為階躍信號輸出前的電流輸出值(mA)。
圖解法雖然簡單方便，但是誤差較大。在這里將數(shù)據(jù)輸入電腦后，看圖可以發(fā)現(xiàn)DC段位于56秒和125秒之間，對這個區(qū)間的數(shù)據(jù)進行線性回歸處理，就能得到DC段的近似表達式：I=0.0683t+9.618。
所以已知t0=6.6s，I0=6.7786mA，那么根據(jù)上式可得I1=10.0688mA，PB=(30×16)/((10.0688-6.7786)×1500)=9.73%，與設(shè)定比例帶10%比較，符合檢定規(guī)程中(1±0.5)PBS的要求。至于T1和TD的求解，本文中將不再贅述。
作者：忻州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試所 尚子超、朱詠梅
