基于熱電偶精度高現(xiàn)場溫度參數(shù)采集

摘要:E型熱電偶作為一種價格低廉、構(gòu)造簡易、溫度測試范圍廣的測溫元件。被廣泛使用于工業(yè)現(xiàn)場溫度參數(shù)采集中，在此基礎(chǔ)上引入ADAM模塊可以為溫度參數(shù)的現(xiàn)場采集提供便利.實現(xiàn)現(xiàn)場溫度參數(shù)的遠(yuǎn)程控制。本文對基于熱電偶的現(xiàn)場溫度參數(shù)采集方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，采用K型熱電偶并在測溫系統(tǒng)中引入ADAM模塊，可以提高溫度采集的精度。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場溫度采集領(lǐng)域中可以得到廣泛應(yīng)用。
        隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的日益進(jìn)步，溫度采集在石油化工、冶金制造、機(jī)械等領(lǐng)域的地位日趨重要。通常進(jìn)行溫度采集的電于元件主要包括熱電阻和熱電偶兩種類型，其中熱電偶由于具有較高的測溫精度,寬泛的溫度范圍和簡易的組成構(gòu)造而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場測溫系統(tǒng)中，目前經(jīng)常使用的熱電偶主要有S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型及T型等8種型號,其中K型熱電偶成本低廉,熱電勢-溫度特性優(yōu)良,因而應(yīng)用普遍”。
        在某些特殊的生產(chǎn)環(huán)境下，如高溫爐膛、石油加熱、蒸餾設(shè)備，由于高溫高壓等苛刻環(huán)境的限制無法實現(xiàn)溫度的直接測量。將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于基于熱電偶的現(xiàn)場溫度測量系統(tǒng),采用ADAM模塊，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場溫度參數(shù)的遠(yuǎn)程化監(jiān)測和控制,實現(xiàn)特殊環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集。
本文提出一種工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場溫度參數(shù)采集方法,該方法在測溫系統(tǒng)中用K型熱電偶，同時引入ADAM模塊。通過分析采集數(shù)據(jù)精度可證明所提出方法可進(jìn)行嚴(yán)苛現(xiàn)場環(huán)境下精度高的溫度數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)。
1現(xiàn)場溫度參數(shù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成
       圖1所示為現(xiàn)場溫度參數(shù)采集系統(tǒng)組成的示意圖，如圖所示，其中熱電偶采用K型熱電偶,其溫度采集靈敏度為40μV/C,最大可以達(dá)到1300℃的測試溫度，溫度參數(shù)通過熱電偶轉(zhuǎn)換為電信號，K型熱電偶溫度與熱電勢變化率的關(guān)系如圖2所示，可以看出K型熱電偶的熱電勢變化率隨溫度變化呈現(xiàn)出明顯的非線性特點(diǎn)，因此使用前需要對熱電偶進(jìn)行調(diào)零并增大電壓，使熱電勢變化率隨溫度進(jìn)行線性變化;ADAM模塊與現(xiàn)場的熱電偶相連，不需要變送器即可將熱電偶轉(zhuǎn)換的電信號傳輸至計算機(jī)中，此外ADAM模塊還可以對信號經(jīng)行放大和濾波處理，以及輸出數(shù)字信號和通訊的功能;在ADAM和計算機(jī)之間還存在一-個轉(zhuǎn)換模塊，這是應(yīng)為二者所采用的傳輸協(xié)議不同，前者為RS-485型，而后者為RS-232型，該轉(zhuǎn)換模塊為插卡式1/O板，作用在于將ADAM信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以識別的信號。

2現(xiàn)場溫度參數(shù)采集系統(tǒng)ADAM模塊程序設(shè)計
       圖3所示為溫度采集系統(tǒng)中ADAM模塊的程序設(shè)計示意圖，在ADAM模塊開始使用之前，必須設(shè)置各個相關(guān)參數(shù)，如地址,波特率，輸人等。參數(shù)設(shè)置程序由模塊相關(guān)的專業(yè)軟件進(jìn)行操作，當(dāng)參數(shù)設(shè)置結(jié)束后，需要根據(jù)實際應(yīng)用的要求進(jìn)行程序設(shè)計。本文研究的現(xiàn)場溫度參數(shù)采集系統(tǒng)的程序采用VisualC++經(jīng)行設(shè)計,于程序設(shè)計包括接口端，熱電偶測量范圍、溫度數(shù)據(jù)采集時間間隔、通道、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化等參數(shù)設(shè)置，串口,調(diào)零，溫度數(shù)據(jù)采集過程，處理采集數(shù)據(jù)，回放溫度數(shù)據(jù)等，其中現(xiàn)場溫度參數(shù)采集時間間隔的程序設(shè)計尤為重要。首先需要采用Timer控件，在窗體中采用該控件，對溫度數(shù)據(jù)采集間隔的時間屬性經(jīng)行相應(yīng)的設(shè)置，之后在Timer__Timer()進(jìn)程中編寫人數(shù)據(jù)讀取程序，最終可實現(xiàn)間隔固定的現(xiàn)場溫度參數(shù)采集。需要指出的是,通過設(shè)計得到的實際間隔時間是Timer控件中Interval屬性的值加上運(yùn)行數(shù)據(jù)讀敢程序所需時間的總和。

       當(dāng)溫度數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,需要對其格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后存儲于具有多維特征的數(shù)據(jù)組當(dāng)中，記錄繪圖后,建立數(shù)據(jù)庫。由于系統(tǒng)具有回放功能，因此可以對數(shù)據(jù)采集過程中的任意一個時刻經(jīng)行調(diào)取。此外，由于系統(tǒng)是在ADMAPI.BAS中進(jìn)行模塊數(shù)據(jù)的定義，因此需要在項目中加入該文件,當(dāng)模塊數(shù)量不止一個時，還需要對該程序進(jìn)行多次重復(fù)。為了方便數(shù)據(jù)的統(tǒng)計管理，還可以直接將通過熱電偶獲得的現(xiàn)場溫度參數(shù)數(shù)據(jù)寫人特定的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。
3精度分析.
       本文以某型號制冷恒溫槽為例對采用文中所提方法進(jìn)行現(xiàn)場溫度參數(shù)采集的精度經(jīng)行了分析，首先將K型熱電偶放人槽中，熱電偶另一端放置于小槽中并設(shè)定溫度為10℃，將恒溫槽的升溫速率設(shè)定為10℃/min,由所設(shè)計的系統(tǒng)經(jīng)行熱電勢值采集,之后通過計算得到不同溫度條件下的電勢平均值;采用拉格朗日插值法對熱電偶電勢/溫度曲線進(jìn)行擬合。對擬合后的曲線采用軟件進(jìn)行處理,獲得相應(yīng)的真實溫度。表1所示為該溫度采集系統(tǒng)的精度分析表。

      從表1可以看出系統(tǒng)采集的現(xiàn)場溫度參數(shù)值與真實值之間的偏差處于土0.1℃范圍內(nèi),相對誤差小于4‰,說明采用該方法經(jīng)行現(xiàn)場溫度采集的精度較高,完全符合工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場溫度遠(yuǎn)程化采集應(yīng)用的要求。
4結(jié)語
        現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對溫度采集技術(shù)要求日益提高，然而由于高溫高壓等嚴(yán)苛環(huán)境的限制，使得現(xiàn)場溫度采集較為困難，K型熱電偶作為一種溫度采集電子元件被廣泛應(yīng)用于溫度數(shù)據(jù)采集過程中，采用K型熱電偶并引人ADAM模塊可以實現(xiàn)現(xiàn)場溫度參數(shù)采集的遠(yuǎn)程化監(jiān)控和控制。通過對采集值和真實溫度的對比分析可以看出采用該方法進(jìn)行溫度采集的精度較高,符合現(xiàn)場溫度的采集的應(yīng)用要求。