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施的種類多，需要記錄和處理的數據較為復雜，在臺件數較多的情況下現場檢定很不方便。為了適應當前儀器設備的發展狀況，我們試驗用一套現有的、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備
①高精度過程校驗儀：能根據設定的分度號，將輸入的溫度值轉化為相應的電量并輸出。
②有RS232控制功能的數字多用表，按規程要求，0-10mA輸出接1kΩ負載，4-20mA輸出接500Ω負載，還應能滿足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連接線將數字多用表連接到電腦，安裝驅動后，打開電腦上的串口調試軟件。
3、Keithley2000型數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 設置為直流電壓檔單次測量模式
CONF:CURR:DC 設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的讀數
READ? 重置觸發系統，初始化，并讀取讀數
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置為K型，設定點為1/2量程左右，控制輸出類型設置為4-20mA，K型熱電偶的滿量程為-200~1300℃，所以設定點設置為600℃，將比例帶設為10%。然后計算輸入階躍信號的大小，按規程要求階躍信號的大小應為比例范圍的1/5，已知全量程為1500℃，所以階躍信號大小設為30℃。由圖解法檢定比例帶、再調時間、預調時間時，在正向輸出特性曲線上得到，固在階躍終點應設置為600-30=570℃。
將570℃輸入過程校驗儀，在串口調試助手中打開連接數字多用表的端口，將數字多用表設置為直流電流mA檔，并以100ms為周期重復發送READ?指令，數字多用表就會不停地返回當前測得的電流值。
將數字多用表測量獲得的溫控器控制輸出電流數據豎向復制到excel中，并在前一列按照當時重復發送指令的時間間隔為獲得的數據編上時間碼，同時，根據數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
…… ……
可以看出實驗結果基本符合溫控器階躍輸出響應曲線。在傳統的圖解法中，比例帶PB、再調時間T1、預調時間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。在這里將數據輸入電腦后，看圖可以發現DC段位于56秒和125秒之間，對這個區間的數據進行線性回歸處理，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，那么根據上式可得I1=10.0688mA，PB=(30×16)/((10.0688-6.7786)×1500)=9.73%，與設定比例帶10%比較，符合檢定規程中(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：忻州市質量技術監督檢驗測試所 尚子超、朱詠梅
