本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种恒温槽自动检测装置。
背景技术：
恒温槽就是能提供恒定温度的槽体。可分为恒温空气（通常称作恒温箱）、恒温液体（通常称作恒温槽）。由于恒温的液体温度范围不同，又分为低温恒温槽（一般是-40℃～100℃）、超级恒温槽（一般是室温～300℃）。又因为100℃以上的液体介质不能用水而用油，通常又称为油槽。恒温槽的同名也有很多，比如恒温水油槽、恒温水浴锅、恒温水箱、恒温循环器、电热恒温水浴等等，它们一般都是通过电阻丝来加热、压缩机制冷，辅助配以PID控制器，恒定一个比较标准的温度，从而达到实验目的。恒温槽应用广泛，主要指标是温度偏差、温场稳定性和温场均匀性。
《恒温槽技术性能测试规范(JJF 1030-2010)》适用于检定或校准用液体恒温槽温度稳定性和均匀性的测试。由国家质量监督检验检疫总局于2010.09.06发布，自2011.03.06起实施。归口单位：全国温度计量技术委员会。主管部门：全国温度计量技术委员会。起草单位：北京计量检测科学研究院等，后文简称《规范》。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电机的转动定位和温度采集密切配合的恒温槽自动检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：恒温槽自动检测装置是机电一体化设备，包括嵌入式控制模块和步进电机模块。嵌入式控制模块是控制单元，控制电机模块的运行，电机模块上两块步进电机的精密转动完成温度计的定位。温度计定位稳定后，控制单元完成温度采集和数据处理；实验电流选定恒流源电流为1mA。
所述的嵌入式控制模块是触摸屏控制显示界面，实现温度采集、电机转动、数据处理输出等。电路采用低噪声可编程增益仪表放大器，当增益设置为64、更新速率为4.17Hz时，均方根（RMS）噪声为40nV。
所述的温度采集选用铂电阻温度计，采用四线制连接方法连接，参考电阻选用1KΩ、0.01％精度、温漂5ppm／℃的精密电阻，变化10℃的理论影响量为50nV。并由24 位Σ－Δ数模转换，实现温度高精度采集。
所述的步进电机模块主要包括两只机械臂、两台步进电机、竖直和水平方向的锯齿轨道。步进电机模块是机械传动装置，该装置的机械臂由两台步进电机所控制，安置在恒温槽上时，机械臂可以在水平方向、垂直方向上自由移动。两支机械臂上各固定一支铂电阻温度计，控制两台步进电机转动圈数，可以实现温度计在恒温槽内半径60mm、深度50mm～400mm范围的布点测试。
所述的竖直方向的锯齿轨道长500mm,水平方向的锯齿轨道为一环形半径为600mm的圆形锯齿轨道，两块步进电机分别控制温度计在两段轨道上移动，完成温度计的定位。
所述的温度计的定位方法采用参考定位法，设置一参考点。不同位置的定位，都以该位置在水平、竖直方向转动到参考点的圈数来定位。
本发明的有益效果是：本发明依据《规范》设计了恒温槽自动检测装置，从部分硬件原理和不确定分析两方面对恒温槽自动控制系统进行了叙述。在设计思路上，充分考虑了模拟信号的复杂、不稳定性，温度采集使用高性能的AD芯片，将A转换、校准集成在一块芯片中，实现高精度温度测量；合理控制步进电机，实现电机的转动定位和温度采集密切配合，提高测量的可靠性。
具体实施方案
本检测装置是机电一体化设备，包括嵌入式控制模块和步进电机模块。嵌入式控制模块是控制单元，控制电机模块的运行，电机模块上两块步进电机的精密转动完成温度计的定位。温度计定位稳定后，控制单元完成温度采集和数据处理。嵌入式控制模块是触摸屏控制显示界面，实现温度采集、电机转动、数据处理输出等。温度采集采用传感器的四线制连接方法，并由24位Σ－Δ数模转换，实现温度高精度采集。四线制连接方法的计算公式由设计的硬件电路决定，公式分析如下：
UAIN＝UAIN＋－UAIN－＝i×Rｘ
Uref＝i×Rref。
式中：UAIN—前置放大器前段电压值；Rｘ—传感器电阻值；Rref—参考电阻值；Rl—四根传感器的引线电阻，引线电阻为主要影响量。
编码输出的数字量由UAIN与Uref的比值决定，计算表达式为：
code＝2N×gain×UAIN / Uref＝2N×gain×RｘRｘ/Rref 。
由上式可知，N＝24，四线制连接方法的采集精度的高低主要受Rref、gain影响，不受导线电阻、电流的影响，本文采用了1KΩ，0.01％精度，温漂5ppm/℃的精密电阻作为参考电阻，变化10℃的理论影响量为50nV。同时，电路采用低噪声可编程增益仪表放大器，当增益设置为64、更新速率为4.17Hz 时，均方根（RMS）噪声为40nV。影响量很小，能实现高精度测量。
该装置实现了－30℃～＋300℃范围内0.001℃的测量精度。实验电流选定恒流源电流为1mA，传感器选定标准铂电阻温度计。标准铂电阻是计量传递常用的电阻型传感器，其温度特性稳定，且精度高。标准铂电阻温度计在检定有效期内，都有可靠的性能参数Rtp、a8、b8、a4、b4，这五个参数用来分度温度实测值。
标准铂电阻温度计测量电阻范围为（20～60）Ω，可以涵盖－30℃～＋300℃的测量区间。选定gain为16时，测量电压不会超过基准电压。将电阻值代入公式可计算出编码区间，最大范围0x5fffff～0xffffff，而实际有效位数为20位，采集的有效范围为0x5ffff ～0xeffff，包含需要显示的温度范围－30.001℃～＋300.000℃，理论验证结果可以满足高精度的采集。
温度采集的通道不一样，需要对两个通道的电阻采集进行校准。校准前选购了精密电阻20Ω和60Ω，精度为十万分之一，温漂系数为2ppm／℃，标称值分别为r20、r60。仪表两通道分别在20Ω和60Ω校准后，某通道测得值为R20、R60。这校准公式为：
R(t)＝r20＋(r60－r20)/(R60－R20)×（Rx－R20） 。
将修正后的R(t)代入公式，算出实际温度值。校准结果的准确性由恒温槽的稳定性、温度计稳定性和仪表的的准确性决定，经实验数据分析，校准不确定度仅为1mK，大大提高了测量的准确性。温度采集还涉及到温度的显示、单位的换算、温度值的保存等，本文不再赘述。
步进电机模块是机械传动装置，该装置的机械臂由两台步进电机所控制，安置在恒温槽上时，机械臂可以在水平方向、垂直方向上自由移动。两支机械臂上各固定一支铂电阻温度计，控制两台步进电机转动圈数，可以实现温度计在恒温槽内半径60mm、深度50mm ～400mm 范围的布点测试。本文是按照《规范》所要求的，设置测量点和测量次数，提高测量的科学性、准确性。
恒温槽一般为圆筒形，固定温度计固定不动，主要定位另一支移动温度计。在竖直方向上设计一段500mm长的锯齿轨道，水平方向上设计一环形半径为60mm 的圆形锯齿轨道，两块步进电机分别控制温度计在两段轨道上移动，完成温度计的定位。
温度计的定位方法采用参考定位法，设置一参考点。不同位置的定位，都以该位置在水平、竖直方向转动到参考点的圈数来定位。测试开始时，两步进电机超参考点方向旋转，温度计会移动到参考点，在参考点位置设置了反应灵敏的接触开关，当温度计转动到参考点会碰触到开关，温度计受控制器控制停在参考点。由《规范》可知，在上水平面布四个点A、B、C、D，下水平面布四个点E、F、G、H。自动检测仪以A 点为参考点，先测量A点温度，测量10 次后，竖直电机转动一定圈数，控制移动温度计到达E点完成测量，转动水平电机，温度计测量F点温度，依次完成B、C、GH、D点的温度测试。转动圈数与轨道的齿距、电机的转动力矩有关，通过理论计算和多次的实验验证的方法来确定位置间切换的转动圈数。控制器通过寻找温度计的参考点和对电机转动圈数的控制，来完成对温度计的科学定位，完成对恒温槽的有效检测。