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)水平的日益進步，溫度采集在石油化工、冶金制造、機械等領(lǐng)域的地位日趨重要。通常進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行嚴苛現(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，因此使用前需要對熱電偶進行調(diào)零并增大電壓，使熱電勢變化率隨溫度進行線性變化;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/溫度曲線進行擬合。對擬合后的曲線采用軟件進行處理,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。