铂热电阻范文

导语：如何才能写好一篇铂热电阻，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]铂热电阻；在线检测；方法实践

中图分类号：TM934.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0111-01

引言：在实际应用铂热电阻时，无论是仪表生产商还是用户，都需要进行铂热电阻的检测。使用常规检测方法，需要在温度稳定后利用测量标准和被检电阻值进行实际温度的计算，然后利用公式进行被检值的计算，将给铂热电阻使用者带来一定的不便。而使用在线检测方法进行铂热电阻的检测，则可以利用计算机进行检测过程的控制，并且能够轻松获得检测结果。因此，相关人员有必要对铂热电阻在线检测方法展开分析，以便更好的进行铂热电阻的使用。

1 铂热电阻的检测方法分析

从工作原理上来看，铂热电阻的电阻丝将随着温度变化而变化。利用铂热电阻，能够完成-200-800℃范围内的温度的测量，具有良好的电气性能，其电阻和温度呈近似线性关系，测量精度较高。在使用铂热电阻之前，还要对其进行检测，以确保元器件的测量精度。但在实际检测的过程中，由于铂热电阻需要与连接导线、转换开关和接线端子等器件连接，所以阻值的测量会受到接点产生的接触电阻和导线电阻的影响，从而导致测量误差的产生。就目前来看，在对铂热电阻进行检测时，可以使用二线制、三线制或四线制电路。使用二线制电路，没有对引线电阻和接触电阻进行考虑，容易导致检测结果中含有较大误差。使用三线制电路，同样需要使用电桥电路，但是可以利用可变电阻器进行电桥的平衡，从而进行引线电阻和接触电阻的相互抵消[1]。使用四线制电路，无需进行电桥电路的设计，并且在测量电压时只有少量漏电流，所以能够实现高精度测量。

2 铂热电阻的在线检测方法的提出

2.1 铂热电阻的在线检测内容

在进行工业铂热电阻传感器的检测时，需要完成外观检测、绝缘电阻测量和示值误差检测三部分内容的测试。在对示值误差进行检测时，可以使用在线检测方法提高检测效率和精度，从而使工业生产效率得到提升。在检测时，需要在0℃和100℃这个温度点上进行电阻示值误差的检测。在0℃温度点上，需要在冰点槽中检测。在100℃温度点上，需要在标准油槽中检测。通过将标准铂热电阻温度计和铂电阻温度传感器放入温度槽，然后使用在线检测系统进行传感器数据的采集，就能够完成铂热电阻的在线检测。

2.2 铂热电阻的在线检测方法

在检测时，考虑到工业铂热电阻温度传感器的引线方式不同，还要根据引线采取不同接线方式。针对采取二线制引线的工业铂热电阻，需要在电阻每根引线末端进行两根导线的引出，然后采取四线制接线。针对采取三线制引线的铂热电阻，还要使用两次测量方法进行电阻或温度的测量，从而使内引线电阻的影响得以消除。在测量时，需要使用四线制方法接线。而在线检测设备应该由计算机、恒温系统、温度数据采集板等设备组成，与温度槽共同构成在线检测系统。利用温度槽，可以为铂热电阻提供检测需要的温度源。利用温度采集板，则可以完成铂热电阻温度数据的采集。由于可以利用计算机实现所有数据采集过程的控制，所以能够实现铂热电阻的在线检测[2]。在实际开展在线检测工作时，需要将铂热电阻传感器与温度计一同放入温度槽，然后按照要求将传感器引线与数据采集板连接。确认接线正确后，需要将计算机与采集板的标准接口连接，然后利用软件进行数据采集板控制，从而实现铂热电阻的在线检测。

3 铂热电阻在线检测方法的实践探讨

3.1 在线检测的硬件设计

在实际进行铂热电阻检测时，使用的铂热电阻为B级WZP薄膜铂热电阻，直径为1μm。在对铂热电阻产生的电压值进行采集时，考虑到铂电阻上电流为μA级，还要使用预算放大器和测量放大器进行信号放大，然后利用数模转换将得到的数字信号输入到单片机中。而使用的数据采集芯片为ADUC824，具有较高的数据采集精度，所以能够省略信号放大环节。在利用该芯片进行信号采集前，需要使信号先经过有源低通滤波器滤波。而通过设定低截止频率，则能够避免电路板受到交流干扰。在线检测系统使用的电源为串联型直流稳压电源，可以进行5V和15V直流电压的提供。在电源的整流部分，需要使用大容量电解电容滤波，从而达成减小输出电压波纹的目的。为抑制电源侧高频干扰，还要在整流电路后使用高频电容进行负载端瞬态响应的改善，从而实现噪声干扰的抑制。考虑到系统测量精度要求较高，需使用24位AD转换器。此外，在机构动作控制方面，需使用光电耦合进行继电器驱动。在连接数据采集芯片时，需要使用三线制零MODEM方式，而芯片上集成的串行通讯接口数据传输率能够达到20000b/s。

3.2 在线检测的软件设计

利用计算机进行数据采集控制，还要使用汇编语言进行系统程序的编制。在进行软件设计时，需要分别完成采集程序、数据处理程序和通讯程序的编写，并且使用模块化结构完成测试软件设计。所以，系统测试软件由初始化程序、主程序、数据采集子程序、数据处理子程序和机构控制程序等组成。系统主程序主要用于计算和处理采集到的数据，从而完成铂热电阻的电阻值求取，并且进行电阻比和测试结果的显示。初始化程序需要完成采集板接口、单片机和数据缓冲区的初始化，机构控制程序需要完成机械机构控制，数据采集程序用于进行电阻电压值的采集，数据处理程序用于进行数据测量结果显示、误差校正和数字滤波等。按照系统软件测试流程，系统开始运行后，会先进行初始化。自检通过后，系统会控制机械进给，然后确认是否达到延时时间。如果达到延时时间，系统模拟开关0将打开，然后进行标准铂热电阻电压值采样。完成数据存储的同时，系统模拟开关1将被打开，然后进行待测铂热电阻电压值采样，并完成数据存储。在同一时刻，系统将进行连续5次采样。最后，系统模拟开关将关闭，存储的数据会被传送至采集芯片，经过数据处理后会在屏幕上显示出来。

使用该种在线检测方法进行铂热电阻检测，由于使用的数据采集芯片为24位，分辨率能够达到1/16777216。而系统输入信号的总量程为2.5V，所以分辨率对应的模拟电压为0.149μV。综合考虑输入信号精度和信号处理精度，实际测量数据精度将能得到7位有效数据，因此能够满足铂热电阻的检测需要。

结论：总之，铂热电阻具有较高的精度，并且测温稳定性好，具有较强的抗冲击性能，所以在工业生产中得到了广泛的应用。而使用在线检测方法进行铂热电阻的检测，则能够快速完成铂热电阻测量精度的检测，从而更好的进行铂热电阻的使用。因此，相信本文对铂热电阻的在线检测方法展开的探讨，可以为相关工作的开展提供指导。

参考文献：

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关键词：温度控制 仪表测量自动化

温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性，来进行间接测量。利用热平衡原理，我们可以选择某一物体同被测物体相接触来测量它的温度，当两者达到热平衡状态，选择物体与被测物体的温度相同，通过对选择物体的物理量的测量，便可得到被测物体的温度数值。其中，热电阻温度计和热电偶温度计在化工产业中得到了大众的认可，在我厂工艺流程中热电阻温度计是不可缺少仪表元器件之一。

一、热电阻的测温原理、特点：

热电阻是中低温区常用的一种测温元件。热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。

二、 热电阻的结构特点

热电阻通常和显示仪表、记录仪表和变送器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从 -200℃ 至 + 600℃ 范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。

（ 1 ） WZ 系列装配热电阻：通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，具有测量精度高，性能稳定可靠等优点。实际运用中以 Pt100 铂热电阻运用最为广泛。

（ 2 ） WZPK 系列铠装铂热电阻：铠装热电阻是由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它有下列优点：体形细长，热响应时间快，抗振动，使用寿命长等优点。

（ 3 ）隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把接线盒内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。

（ 4 ）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量表面温度。）

电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

三、热电阻测温原理及材料

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

我们单单从以上大篇幅的介绍不难看出，热电阻温度计在当今科学技术如此发达的今天得到了较理想的运用。那么热电阻在化工厂在线工作过程中会出现的状况又有那些呢？环境温度的影响，材质材料质量的影响，导线电阻内阻串进其热电阻的影响等等该如何去解决呢？

在现场维护工作中，我们常常会遇到某一个温度计显示仪表指示值低或示值不稳定、显示仪表指示很大、显示仪表负值、阻值与温度的函数关系发生变化的等这些情况。我们该如何去处理呢？如果是显示仪表指示低或者不稳，我们应该拆掉热电阻温度计，检查热电阻温度计的保护管内是不是有了金属屑、灰尘、接线柱是不是有积灰，另外我们还可以用万用表测量看是不是热阻出现了短路的现象。如果显示仪表指示无穷大、很大的情况，我们可以考虑热电阻会不会出现断路，引出线会不会断路。如果指示为负值，那接线出错，热阻短路就很有可能成为发生此种情况的原因所在。如果温度-电阻值函数关系有变，我们应该考虑电阻丝有可能受到了腐蚀发生变质情况。通过以上思路我们可能很快就能找到其故障原因。

当然，随着热电阻在工业企业的广泛应用，它的种类也出现了很多，如普通型热电阻，从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。还有铠装热电阻，也是我厂用的最多的，铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。再就是端面热电阻、隔爆型热电阻等很多种类。根据合适的工况使用不同种类是很有必要的。

四、热电阻温度计的改进

这种改进已经进行很久，从事现场仪表工作来看，要掌握好现场仪表的运行情况，需要几年或者是十几年的经验才可以做到，仪表工需要掌握的知识面很宽很广，要靠一天两天，一年两年是远远达不到的。下面就我所了解的谈一谈，在导线电阻对测量的影响方面，工业上采用了三线制、四线制的接线方法，在热电阻与显示仪表的实际连接中，由于其间的连接导线长度较长，若仅使用两根导线连接在热电阻两端的话，导线本身的电阻就会与热电阻串联在一起。造成测量误差。三线制的接法就是在热电阻的一端与一根导线相连，另一端与两根导线相连，与一个电桥配合，桥路平衡（四个桥臂电阻相等），在平衡状态下可以消除导线电阻的影响。

本文对仪表理解的肤浅，不够深入，同时也知道了自己以后努力的方向。在提技术方面合理化建议这个问题上，说不上建议，只是谈一谈我的想法，在仪表定点的过程中，由于是根据PID图与现场情况定点，发现有些测点仪表在以后的现场仪表维护过程中是很不方便的，我想是不是可以通过协调，在不影响测量的情况下，结合工艺要求与以后的现场仪表维护来定点定位，以达到既满足了测量要求又方便了维护的效果。

随着现代科技进步,自动化得到了越来越广泛的应用,自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。为了保证生产过程安全、可靠的运行,要随时对生产过程中使用的仪表进行维护和校准。只有保证仪表的安全可靠性自动化仪表才能发挥更大的效能。

参考文献：

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关键词：电动机；过热保护；测温

电动机保护装置已经渗透到所有发电、供电、用电系统等领域，影响广泛。一般来说，电动机损坏大部分是由于绕组过热或者绝缘性能降低引起的，因此对电动机保护的最有效方法就是直接检测绕组或轴承的实际工作温度，因此，文章将就电动机的过热保护及测温元件进行详细的阐述和分析。

1 电动机保护概述

实际上，对于中小型三项异步电动机运行过程中所采用的测温元件及过热保护可以划分为以下两类：第一类是热敏开关、热敏电阻等定值式温度传感元件，第二类是铂热电阻和电热偶。此外，还包括防潮加热带，其可以确保潮湿环境下电动机保持正常工作。通常情况下，温度传感元件要按照已有的规范和标准进行布设，将其安装至电动机相应位置上，以保证电动机的正常运行。不管是因为过电流、欠电压、过电压、缺相的影响，还是由于堵转、过载的限制，都可以借助电机绕组的温度升高来给予直接的表现，并且该信号可以及时的传送至电机温度保护器或控制仪上，并实现电源的切断操作，以保证电动机的正常运转。

2 电动机常用的测温及过热保护元件

2.1 热敏开关

实际上，MK1型热敏开关在电机局部超温保护阶段得到了广泛的应用，在进行AR225S-4SB3型号电机制造过程中，可以选择MK1.150.D.K.2000.300热敏开关，并根据相关规范和标准使其在电机端部绕组线圈中正常工作，同时对其进行针对性的绑扎固定，并将其和线圈一同进行浸漆烘干。如果电动机运行阶段，所测量的线圈温度大于热敏开关设定的动作温度时，就会使控制器电源断开，确保电动机的正常运行。此时就要求根据电动机的绝缘等级来选择不同温度的热敏开关。除此之外，也可以将热敏开关埋置在电动机轴承盖上，并和电动机线圈的热敏开关进行串联，当某一轴承温度上升到规定数值时，该点的热敏开关就会自动断开，使电动机断电。

2.2 热敏电阻

一般会选择PTC热敏电阻对电动机进行保护，因为其具有较小的体积和热容量，具有较高的反应速度。在电机的过电压、欠电压和过载保护中可以有效的发挥作用，同时还能够实现电机的缺相起动保护。但是在使用过程中，需要配备与之对应的GRB电机过热保护器，以确保其能够正常运行。在进行电动机制造过程中，最好将PTC热敏电镶嵌至电动机线圈内部，对于三相电机来说，其一般需要借助三支串联的热敏电阻，并使其与电动机A、B、C三相线圈连接在一起，对其进行针对性的压紧绑扎，绑扎完成之后对其进行浸漆，同时还需要按照要求将其引线与接线盒内部有效的衔接在一起。当电机线圈的温度非常的趋近于绝缘等级温度时，则会使PTC热敏电阻的阻值明显提升，同时将相对应的信号及时的传送到GRB电机过热保护器上对其信号进行分析和处理，以确保对电动机的保护。在保护MZ6型电机阶段，一般会选择PTC热敏电阻，例如将MZ6-150-DK-1000应用到YQ2-200L-4-CIRO-PTC电机中；将MZ6-155DS0应用到Y2-200L-4VF电机中。对于上述较为敏感的电阻型号，其中的150和155表示各仪器控温点的数值。如果电动机无法根据相关规范和标准来进行PTC热敏电阻的安装，则需要将电动机的端盖打开，并使PTC热敏电阻借助AB胶粘在线圈上，将其中的引线与接线盒内部相对应的位置进行连接，从而保证其运行温度降低20℃。

2.3 热电偶

对于轴承测温、电机绕组和超温保护而言，一般会选择热电偶，最常见的热电偶包括WRF铁-铜镍热电偶（J偶）和WRN镍铬-镍硅热电偶（K偶）两种。其中前者的测温范围为-40～750℃，后者的测温范围为-40～1300℃；因此，J偶具有较高的分辨率，而且明@高于K偶。对于WRF-X型热电偶而言，通常需要将热电偶嵌入至绕组端部线圈内部，然后按照要求对其进行绑扎固定，完成之后要对其进行浸漆烘干，并按照要求将专用的仪表相连接。而WRF-M型热电偶而言，最好把电机轴承室打一孔，并把轴承测温安装到电动机相应的位置，以实现传感器端面与轴承外环的有效连接。

2.4 热电阻

WZP铂热电阻传感器在电动机的过热保护中用途比较广泛，而且实现对温度的准确测量。实际上，WZP铂热热电阻传感器具有较高的精准度和灵敏度，并且线性温度阻值要优于其他电阻式热传感器，因此，将其与KLB智能温度控制仪有效的连接在一起，可以直观的呈现轴承及线圈的实际温度。

小型电机（H355）铂热电阻往往需要选择WZP-3×16-T。在对其进行安装的过程中，一般要求在电机绕组端部线圈内嵌入传感器，并按照要求对其进行紧绑扎固定，同时引出引线，并使其与接线盒内部相应的位置连接在一起。

WZPM属于轴承用铂热电阻，在使用其过程中往往需要将电机轴承室打一孔，并按照相关规范和标准绞相应的丝扣，以实现传感器端面与轴承的外环的有效连接。

3 防潮加热带

电动机的过热保护中，KBQ型防潮加热带应用比较广泛，其可以确保潮湿环境下电动机的正常运行。通常情况下，当电机停止工作后，KBQ型防潮加热带将会立刻进入作状态，其能够使电机绕组的温度维持在比正常温度高出5℃的状态，避免由于电机线圈绕组结露在外面，提高电动机的运行效率。例如：对于Y2-315L1-8RK电机来说，其一般会选择KBQ308C防潮加热带，并且根据其中心高的不同从而选择不同的规格标准并应用到不同的电机中，当电动机的型号为H225-H280时，要求选择KBQ306A（B），当电动机的型号为H180-H200，要求选择KBQ305A（B）。实际上，防潮加热带的型号需要根据电动机的具体工作状态而定。通常情况下，需要在电机绕组端部外圆上安装KBQ型防潮加热带，而且需要先清理干净绕组端部，再按照要求把防潮加热带绑扎固定在其外圆上，引出电机引线与防潮加热带引线。此外，在电机正常通电阶段，防潮加热带会立刻停止工作，反之当电机断电后，防潮加热带将会开始加热工作。

4 结束语

通过对电动机的过热保护及测温元件进行分析，能够及时的了解和掌握运行阶段电动机中可能出现的问题，并对其进行实时监控，从而更好的发现电动机设计和运行阶段存在的缺陷，并对其进行及时的改正，以确保其正常运行。文章就电动机的过热保护及测温元件进行了分析，希望给相关从业人员一些启示。

参考文献

[1]侯小利.浅谈电动机的过热保护[J].黑龙江科技信息，2015（36）：170.

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【关键词】电阻；测温；干扰；水电厂

1.引言

在水电厂，为保证机组的安全运行，我们必须监视机组各部位的运行状况，温度就是其中一个重要指标，通过温度变化趋势可以判断各部位的受力情况。水电厂的测温位置主要有三部轴承瓦温、油温、定子、冷热风，这些部位都有着强大的电磁干扰，恶劣的运行环境，时时刻刻干扰着电阻测温的正常工作。在三门峡水电厂，就发生多次由于测温跳变导致的设备障碍，2005年1F、2F定子温度测值多次跳变到140多摄氏度，2006年5F、7F先后发生了由于温度跳变导致水机事故出口动作的障碍。这类缺陷严重困扰着水电厂的安全运行。为提高水电厂安全运行水平，必须提高水电厂测温的抗干扰水平。本文将从测温原理出发，结合对各种干扰源的分析，提出测温在实际运行过程中有效的抗干扰措施。

2.测温原理

RTD（resistance temperature detector）全称电阻温度检测器。在众多测量温度（或测温）方法中，电阻温度检测器（或电阻测温器，通常简称为RTD）是最精确的一种方法，在各种工业环境中广泛应用。在RTD中，器件电阻与温度成正比。RTD通过对测温电阻施加外部激励进行采集，一般RTD测量有如下几种原理。

（1）RTD集成电路

该原理一般采用自带RTD功能的集成电路芯片，如XTR105等。该类芯片一般自带2路精密恒流源输出，直接产生4-20mA的电流型输出信号或数字信号。该原理器件集成度高，电路简单，并且采集精度高。但该类器件一般输出的电流较小，只有0.4～0.8mA，并且抗干扰能力较弱，在干扰大的环境下容易造成测值不准，必须在硬件或软件上有较好的滤波设计。

（2）电桥原理

该原理采用惠斯通电桥法。通过在电阻电桥上叠加电压源，在被测电阻上形成电压，通过机械式继电器切换，没有切入的通道仅和电压源有电气联系，和采集回路没有电气联系。

本原理采用电压源取代电流源，实现起来比较简单，但存在以下问题：

非线性问题：由于采集电压和电阻的变化率呈非线性关系，因此不同类型的测温电阻之间无法实现自适应，必须软件补偿；

三线制问题：该原理无法真正实现三线制接线，即使通过三线制接线方式，也无法完全消除引线电阻。

必须采用机械式继电器，由于机械式继电器寿命有限，长时间频繁动作后损坏率较高。

当多个测温电阻发生接地时会测量不到温度值。由于测温电阻埋设在轴瓦和定子中，加上引线距离较长，因此很容易发生电阻接地的情况。如下图所示，当测温电阻R1的一端和R2的另一端同时发生接地时，电流会沿红色通道流过，从而R1被短路，无法正确测量。

（3）恒流源原理

采用独立的恒流源电路，通过MOS继电器在通道间切换，没有切入的通道通过MOS继电器隔离，和内部电路没有任何电气上的连接；切入的通道，电流源在电阻上形成电压并由AD采集。

该原理采用独立大电流的恒流源，抗干扰能力较强；通道之间完全独立，并且没有切入的通道和内部电路没有任何电气联系，极大降低了扰的概率；该原理支持2线、3线及4线等多种接线形式，可有效消除引线电阻。此种方法应用比较广泛。

3.水电厂电阻测温的干扰源

（1）电磁干扰

电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰又分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰（Common-mode Interference）定义为任何载流导体与参考地之间不希望有的电位差；差模干扰（Differential-mode Interference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。

辐射干扰又可分为近场干扰[测量点与场源距离λ/6）。由麦克斯韦电磁场理论可知，导体中变化的电流会在其周围空间中产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，两者都遵循麦克斯韦方程式。而这一变化电流的幅值和频率决定了产生的电磁场的大小以及其作用范围。

在水电厂中，无时无刻不存在着强大的电场和磁场，电场和磁场对电阻及电缆产生电磁干扰，不仅存在着差模干扰，共模干扰有时甚至能达到V级，严重影响了温度测量的准确度。

（2）工频干扰

水电厂的环境复杂，高压开关的分合，大容量的电容充放电等等都会产生工频干扰，工频干扰会产生感应电压或感应电流。这严重影响测温装置的正常运行。

（3）环境干扰

环境温度干扰：如果采用两线制的话，线阻是一个不可忽视的因素。这时一般会采用温度补偿的方法来解决。但环境温度变化会引起线阻的变化，导致温度补偿不恒定，从而导致温度测值不准。

运行环境干扰：运行环境恶劣。还是以推力瓦测温电阻为例，传感器及其导线长期浸泡在温度较高的透平油里，并时刻承受油流的冲击和机组的振动。在这样的环境中传感器及导线极易出现松动、断线等情况。这类由于断线导致的测值跳变占了电阻缺陷总数的近一半。

4.抗干扰措施

（1）采用三线制或四线制

热电阻（如Pt100）是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。

温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值（电压/电流），再将电阻值转换成温度值，从而实现温度测量。

热电阻和温度变送器之间有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。它们的测温原理如下。

1）二线制

如图1所示，变送器通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2。

由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得而被计入到热电阻的电阻值中，使测量结果产生附加误差。如在100℃时Pt100热电阻的热电阻率为0.379Ω/℃，这时若导线的电阻值为2Ω，则会引起的测量误差为5.3℃。

2）三线制

是实际应用中最常见的接法。如图2，增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使三根导线的电阻值相同，即RL1=RL2=RL3。通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2、V3。导线L3接入高输入阻抗电路，IL3=0。

由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。

3）四线制

是热电阻测温理想的接线方式。

如图3，通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V3、V4。导线L3、L4接入高输入阻抗电路，IL3=0，IL4=0，因此V4-V3等于热电阻两端电压。

热电阻的电阻值：

（2）采用PT100测温电阻

Pt100和Cu50是目前电厂最常用的测温电阻，基本上99%的水电厂都在使用。Pt100是用铂金材料作为敏感元件，Cu50是用铜做敏感元件。Cu50与Pt100的比较有几个缺点：首先铜比铂的阻值小，需要很长的铜丝绕制成敏感元件，铂则相对短一些，一般的越长越细的材料可靠性越低。第二，铂电阻是主流的测温电阻，大的制造商、特别是德国厂家都以光刻溅射工艺生产Pt100芯片，非常成熟可靠。几乎没有厂家生产Cu芯片，这样如果要用Cu50产品只有国内小厂自己绕制线圈来做敏感元件，可靠性大大降低。这也就是有些电厂使用的Cu50测温电阻经常坏的原因。

另外，铂电阻芯片的品质也是千差万别的，应该采用溅射光刻工艺制作的Pt100芯片，精度要求达到A级。这类芯片的漂移很小，长期稳定性高，而且抗冲击和振动。芯片引脚采用铂镍合金。因为芯片引脚最终要和导线或铠装丝的芯线焊接，焊接容易导致金属材料发脆而断开，所以这也是个薄弱环节。芯片引脚采用铂镍合金可以保证焊接后引线的机械性能，避免导线在传感器内断开。

（3）采用抗工频干扰电源

工频干扰是最常见的干扰。采用工频干扰过滤器，将电源的工频干扰过滤掉，从而得到稳定的电源，保证装置的正常可靠运行。自今年上半年我们将所有SJ40C加装了交流电源过滤器，SJ40C装置运行的稳定性大大提高，跳变现象较之前有显著减少。

（4）增加滤波电容

电容具有隔直流通交流的作用，并可以有效去掉高频电压波峰。在端子排上增加滤波电容可有效去掉瞬间电压干扰。由于定子测温时刻处于强磁场中，测值跳变十分厉害，自从我们加装滤波电容后，跳变现象得到明显改善，但电容充放电需要时间，这会延长温度采集周期。

（5）采用软件滤波

温度信号值非常小，很容易受到干扰而导致测值漂移，因此必须对采样信号进行有效的滤波，才能避免信号误采集。软件滤波主要基于温度不会突变的思想，它可以有效去掉脉冲干扰，熨平温度变化。需要指出的是：软件滤波虽然能够有效滤波，但它是以牺牲刷新速度为代价的。目前主流的软件滤波思想如下：

对于每个测温点的采样分成4个周期（也可以分成n个周期，n越大，温度刷新周期越长），每个周期内对该点连续采集4次，分别得到4个采样值L1～L4，然后将改组采样值去掉最大值和最小值后取平均，作为第一个采样周期的测值M1；如此4个循环后得到4个采样周期的测值M1～M4；在将4个采样测值M1～M4去掉最大值和最小值后取平均，作为本次采样的最终测值N。采样处理过程如下图所示：

在写禁止条件下，再进行两个扫描周期的采样值之差的处理，结果如下：

（a）若|采样值之差|

（b）若0.3

（c）若0.5

（d）若|采样值之差|>5度，需连续三次，才置该点品质坏，不更新温度测值，退出温度保护。

在写允许条件下，除断线或短路，置测值非法和品质坏外，其它情况直接更新温度测值。

（6）提高安装工艺

电缆在根部折断现象几乎在每个电厂都有，电缆长期浸泡在流动透平油中，如果不做特殊的处理，时间长了导线就会在传感器根部断开。一般在安装瓦温电阻时要求传感器与瓦体刚性连接，最好是螺纹连接，瓦内的导线也要可靠固定，特别是根部导线要与传感器固定在同一个刚体上。如果在安装轴瓦测温电阻时只是简单的放置在瓦孔内，或是用环氧树脂灌封在孔里，这样的安装方式是不规范的安装方式，不能有效地保护导线根部。在实际处理的缺陷中，电阻根部断线的故障占了测温电阻故障的一半左右，应该引起重视。另外，电缆外皮在高温及腐蚀性的透平油环境中也会开裂。

在电缆安装布线过程中，要绕开强磁场和电场，并实施可靠屏蔽。如果没有对测温电阻实施有效的屏蔽，使发电机的强电场和强磁场对测温电阻干扰并把干扰信号导入测温回路中，就会造成测温不准。测温电阻和整个测温回路，导线多且长，接线环节多，屏蔽要求在整个环节中都要有可靠的屏蔽，只要有一个环节出现问题，屏蔽就会无效。

5.结语

电阻测温的抗干扰研究是一项长期任务，随着环境的变化，不同地方的干扰源不尽相同，这就要求我们根据实际情况选择不同的抗干扰对策，从而提高测温的准确性，保证温度保护不误动、不拒动，保障电厂的安全运行。

作者简介：

篇5

高低压自动加温装置控制系统在实现高压转子和低压转子按工艺要求自动加热功能的同时，还要具备多种故障保护功能。且完成加热工作或温度过高时，系统会自动停止加热并发出报警信号。另外，在紧急情况下，控制系统还要具备紧急停止功能。高低压自动加热装置控制系统中的关键问题在于温度测量的准确性和加热器温度控制精确性、稳定性。1.1温度测量在工业生产中，热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻是利用其电阻值随温度变化而变化这一原理将温度量转换成电阻量的温度传感器。通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法，测得电阻值，之后再根据温度曲线将电阻值转换为温度值，从而实现温度测量。本控制系统采用热电阻进行温度测量，每个加热体设有两个热电阻，提高温度测量的可靠性。1.2PID控制技术在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或者得不到精确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或者自校正、自适应算法来实现。在本控制系统中，结合现场实际情况，使用智能调节器对控制温度进行PID调节，实现高低压加热体的自动加热控制。综上，高低压自动加热装置控制系统是以热电阻测温原理为基础，以高精度的智能调节器为控制核心的自动控制系统。它采用精确度较高的热电阻测温法测量加热体的时时加热温度，利用智能调节器对测量的温度参数进行PID参数整定，找到最佳的控制量，实现自动加热控制功能。当达到计时时间时，系统会自动停止加热。在加热温度超过工艺要求温度的上限时，系统将发出声光报警信号。

2控制系统结构组成及工作过程

高低压自动加热装置控制系统的高压部分和低压部分是相互独立的两个控制系统，主要由加热器、温度测量部分和控制柜组成，其中控制柜主要包括电源部分、智能温控仪、报警部分、冷却部分、指示部分、计时部分、故障保护部分及控制开关部分。设备通电后，电源指示灯亮，之后按照要求对调节器和计时器进行参数设置；按下加热启动按钮，加热指示灯亮，加热器开始工作；当温度初次达到工作温度的下限时，计时器开始计时；当温度达到工作温度的上限了，系统发出指令，加热器停止加热；当温度降到温度下限时，系统将发出加热指令，加热器自动继续加热；如此反复；计时器达到设置时间，停止加热管工作，并发出报警信号；按下加热停止按钮时，加热指示灯灭，加热器停止加热；加热的过程中，若加热温度超过温度上限，系统会自动停止加热，并发出声光报警信号；系统设有急停按钮，在紧急情况下，按下紧急停止按钮，系统将切断加热电源，确保安全。

3结语

篇6

【关键词】热电阻 温度传感器 放大器 AVR单片机

一、引言

随着社会的进步和工业技术的发展，许多产品对温度因素要求越来越高，温度的高精度测量是工业生产领域一个重要问题。 温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器，例如自动空调系统、家用电器温度控制中，都需要温度传感器来完成，因为温度是需测量和控制的重要参数之一。本设计一个基于AVR单片机的热电阻温度传感器，用于检测液体温度并将结果直观显示。

二、系统功能分析

根据系统设计要求，可把电路分为模拟部分和数字部分，采用ATmega16（L）AVR单片机作为系统控制核心，主要实现两个功能，一是将待测温度转换为电压并放大，由模拟部分即电桥电路和电压放大电路实现。二是将电压转换为温度并显示，由数字部分完成，即ATmega16（L）AVR单片机和LCD1602液晶显示，单片机将电压进行A/D转换，然后转换为相应的温度，送到LCD显示。

三、系统硬件电路设计

系统控制电路由电桥电路、放大电路、A/D 转换电路及LCD显示电路组成。综合考虑设计要求及系统各项功能实现情况后选择以下方案以实现设计的合理化、实用化及最小成本化。

（一）电桥电路。热电阻的敏感元件阻值随温度发生的变化是很微弱的，必须用专门电路测量这种微弱的变化，最常用电路就是电桥电路。电桥的作用：把电阻片的电阻变化率ΔR/R转换成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。为了将约2mV～9mV微弱的电压信号能够较稳定的输出，尽量减少各种干扰，该设计是采用不平衡电桥的±5V恒压源供电法。电桥四臂中只有一臂接入电阻传感器，其余三臂均为固定电阻，则输出电压U0为[1]：

（3.1）

（二）探测器测温方法

电阻温度探测器（RTD）是一根阻值随温度变化而变化的特殊导线。目前铜和铂两种探测器应用较广泛，铂电阻温度传感器有PT100，其电阻温度系数为3.9×10-3/℃，电阻变化率为0.3851Ω/℃，具有测量范围宽、精度高、稳定性好等优点，电阻与温度之间关系接近于线性。为了提高测量精确度，使用铂热电阻Pt100为探测器。为了消除导线电阻受被测温度环境的影响，引线采用三线制测量法。当电桥达到平衡时，有 （3.2）

则

因取，则有 （3.3）

若使 ，则有

由上可知，调节使电桥平衡，可消除环境影响。当Pt100所测温度发生变化时，其电阻相应发生变化，导致输出电压发生变化，输出端产生毫伏级电压，输出电压与温度呈线性关系变化[2]。

（三）放大电路。经分析可知，传感器输出信号是十分微弱的微伏级电压，且易受噪声干扰。因此要有效提取该信号，关键是在放大有用信号时把干扰信号有效地抑制掉，设计还需考虑放大器精度及稳定性。

1.前置放大电路。整个电路的失调电压及漂移与第一级密切相关，因此第一级选用具有超低失调电压和超低漂移的集成运放ICL7650，且第一级承担仪用放大器主要放大作用，则取R2=100K，R1=2K，R3/R4=1。第二级的漂移和失调电压对整个电路的作用大大降低，但其共模抑制比CMRR对整个电路的CMRR影响很大，因此第二级选用价格低且性能优越的低漂移集成运放OP07，其失调电压为45V，温漂为0.3V/℃，增益为450V/mV，共模抑制比为123dB。因第一级增益较大，易引起自激振荡，因此在两个100K电阻两端加上150P的电容。ICL7650是一种斩波稳零运放，斩波频率低（200HZ），其输出信号中含有斩波尖峰噪声，因此第二级差分运放电路又做低通滤波器，对斩波噪声及其它干扰信号抑制效果较好[3]。

2.后级放大电路。后级放大电路完成信号二次放大和低通滤波作用，可根据需要调节放大倍数。应用OP07构成反相放大电路，Vin 是经前置放大电路放大后的电压，理论上此放大电路放大倍数为b=100倍。C9、R7 构成RC低通滤波网络，其电路截止频率为，f=1/2Л×R×C-1/2兀×30K×0.01u-530 Hz，符合设计要求（有用信号频率范围主要集中在0到500 Hz）；管脚7和4分别接一个0.1pF瓷片电容，用于滤除高频成分；为了减少失调电流，管脚3接R6；OUT端信号进行A/D转换后送至CPU处理。

（四）数据采集及处理。单片机控制和测量中涉及物理量均为模拟量，模拟量要输入单片机须经过A/D转换为数字量，单片机才能进行运算、加工和处理。在本设计中，直接应用ATmega16（L）AVR单片机与软件结合，实现数据采集、A/D转换及通信功能，电路简单又能满足设计需要。

A/D转换基本原理是：将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参考电平比值求得输入电平的测量值（V测=V参*（AD量化值/AD转换的最大值））。有些MCU A/D转换的参考电平可选择由一个外部引脚输入，使得用户可以对A/D转换进行更好控制。值得注意的是A/D转换输入电平须比参考电平低或相等，否则测试的结果会偏差很大。

（五）显示电路。液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等优点，近几年被广泛用于单片机控制的智能仪器低功耗电子系统中。本设计用常见的1602字符型LCD模块作为显示器。1602B可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。

四、系统调试

启动系统，将程序烧写入控制芯片ATmega16。下载结束后将探测器放入热水中，用万用表测量模拟部分信号输出端电压值U0，与LCD显示电压U1比较。当电压达到稳定后，将探测器放入冷水中，再次比较显示结果，同时记录LCD上显示的温度T1，如表4-1所示。

表4-1 电压及温度测量结果（表4-1）

五、结论

本设计实现以下功能：

根据铂电阻温度探测器的电阻随温度变化而变化原理，将温度变化转化为电阻的变化，再运用不平衡电桥原理将变化的电阻转化为电压。

用ICL7650制作差动放大电路，将电桥产生的毫伏级电压进行差动放大100倍，用OP07的典型运放电路作为后级放大，通过联级方式对小信号放大滤波[5]。

用BASCOM语言编程控制AVR单片机实现将模拟信号进行A/D转换及通信，并在LCD上显示电压及相应温度。

参考文献：

[1]孙传友，孙晓斌.感测技术基础[M].北京：电子工业出版社，2006

[2]单成祥，牛彦文，张春.传感器原理与应用[M].北京：国防工业出版社，2006

[3]张茂青.AVR单片机高级语言BASCOM程序设计与应用[M].北京：北京航天航空大学出版社，2005

篇7

关键词：便携式温度自动校准系统 长输管道 温度仪表 浅谈

作为一个有危险性的特种行业，在原油长输管道的SCADA控制系统中，大量应用的仪表校准工作存在较大的困难。特别对于温度仪表的校准，由于常规的校准设备体积大，工作条件要求高，不适合现场环境使用；而输油行业要求生产不可中断，使得拆卸仪表进行送检等也成为不可能。因此，寻找一种体积小、操作简单、便携性好、拥有较高校准精度的小型温度校准系统、能够实现温度仪表的现场校准的设备，是提高校准效率、提升校准精度的有效手段。而JOFRA干体炉是一种新型的便携式温度校准设备，配合ASM扫描开关及校准软件，可以方便地组成一套完整的温度自动校准系统。它是集现代测量技术、计算机测控技术和信息管理技术于一体的新一代温度仪表校准装置，是全新概念的温度计量管理系统。可以完成多功能、智能化的计量管理任务。完全可以满足工业生产需要；同时，它可以提供在线式校准，这就将开展温度仪表校准工作时对输油生产产生的影响降到最低。

l 系统的构成及工作原理

1.1系统组成

装置的基本组成包括核心部件ASM801B多路自动扫描开关；主要部件温度控制系统ATC一140B、CTC一1200A以及计算机打印机及其功能强大系统配套软件JOFRA。通过控制电路和多路接口，将各智能化功能部件连成系统网络。工作时通过JOFRA软件的校准设置来控制校准仪的控温，同时校准仪里的被校仪表通过电缆将数据信号实时经过扫描开关传送至计算机JOFRA软件系统，形成一个闭环控制回路，通过自动系统的PID调节对校准仪参数进行补偿式修正，从而达到一个稳定、精确的恒温场。

1.2主要性能指标

1.2.1系统的基本功能

① 用一等标准铂铑10一铂热电偶温度计校准二等标准铂铑10一铂热电偶温度计；

② 用一等或二等标准热电偶温度计校准工业用各型热电偶温度计；

③ 用二等标准热电阻温度计校准工作用热电阻温度计和其它液体式温度计。

1.2.2系统的主要指标

① 扫描开关寄生电势≤0.4V；

② 控温准确度为0.1%FS。稳定性：对高温炉≤0.1℃/min；对油（水）槽≤O.04℃/10min；

③ 对工业用热电偶、热电阻温度计一次可校准1～7支；

④ 校准温度范围：热电偶温度计为300～1200℃、热电阻温度计为0～300℃、液体温度计为30～150℃ 。

2 关键技术特点

2.1独特的温度性能

JOFRA干体炉可以对各种型号和类型的温度探头进行精密校准，这得益于它所采用的创新的双区加热技术。每个加热区都可以单独控制进行精确的温度测量，在加热块底部的温度一致性非常接近于实验室液体槽的指标。下面的加热区域保证整个加热块合适的热量消耗，上面的加热区域补偿加热体上部和被测传感器的热量损失，这种设计无需隔热被测探头，可以校准充液式或其他机械式的探头。

2.2动态负载补偿技术（DLC）

为了配合双区加热技术，实现更好的温场一致性，JOFRA干体炉采用了DLC （动态负载补偿）技术。DLC技术以一支特殊的温差传感器来实现对温场的实时监控，此传感器将被安置于套管内，并与干体炉连接。当DLC功能开启时，干体炉会将平衡套管内的温场作为优先于普通温度控制和稳定性控制的首要任务进行处理。干体炉配备的动态双区加热技术，可使套管顶部和底部的温度保持一致，使二者之间的温差最小化。而DLC技术则不仅仅控制加热井的温场一致性，也控制着套管内的温场一致性。DLC探头监控套管内温场的细微变化，并且将数据反馈至双区加热系统，由后者对温场进行动态补偿。因此，校准系统的精度和温场一致性将不受负载多少的影响。

配备了DLC技术的RTC系列干体炉具备如下优势：

（1）同时校准多支传感器，或校准大尺寸探头，消除温度负载的影响；

（2）由于具备极好的轴向温场一致性，因而无需考虑温度测量元件在温度探头中的具置和长度；

（3）在轴向的不同位置都有最佳的精度，在底部往上60mm区域内轻松校准各类温度探头，无需考虑轴向温场误差，确保校准的准确度；

（4）确保干体炉工作在最佳状态，在干体炉稳定时，可使轴向温场偏差缩小至接近0℃ ；

（5）通过DLC探头可以得知双区加热功能的工作正常与否。

3 应用效果

便携式温度自动校准系统在当前油田生产现场已应用数年，系统的可靠性、便携性、多功能性等特点得到了充分验证。系统充分利用了先进的计算机及其软件技术，通过可靠性高的通用智能控温仪表，实现软硬件双重控温，提高了装置的可靠性和灵活性。在实际的使用中，该系统真正做到了一机多用，提升温度仪表校准效率70%以上；系统采用高精度智能多功能电测仪表和低寄生电势的智能多路扫描开关，为一机多用提供硬件支持，较常规校准提高校准精度30%，大大节约了人工投入，获得了突出的经济效益。

4 结束语

便携式温度自动校准系统具有升降温速度快、体积小、便携性好的突出特点，适应了原油长输管道生产对温度仪表校准便携、快速、在线的要求，并且在保障校准精度的前提下将在用仪表校准对输油生产的影响降到最低，这对原油长输管道生产具有巨大的实用价值。

参考文献

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关键词：测温系统；铂电阻；AD7711；AD转换器；单片机

中图分类号：TM241.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 01-0000-01

Temperature Measurement System Based on Platinum Resistance

Liu Jiguang

（Liaoning Provincial College of Communications,Shenyang110122,China）

Abstract:The temperature measurement system consists of a platinum resistance temperature sensor,AD converter,MCU.The AD7711 can provide the constant current source for platinum resistance.It is also the AD converter and it can carry out the signal conditioning and AD conversion.MCU is the microcontroller of the whole system. These constitute a complete temperature measurement system.And this system also has a USB interface.This temperature measurement system has many features,such as micro-power,small size,high accuracy.It applies to the high precision industrial situations.

Keyword:Temperature measurement system;Platinum resistance;AD7711;AD

converter;SCM

一、引言

工业上有很多测量温度的方法[1]，常用的方法是用铂电阻，它包括PT100、PT1000等。由PT100构成的测温系统有很多种，典型是搭建一个恒流源电路或者由电阻构成的电桥。但信号调理电路比较复杂，恒流源问题难以解决。经过比较后，系统选择了以AD7711芯片为核心的PT100测量电路。测温系统框图见如图1。

二、铂电阻

金属铂（Pt）的电阻值随温度而变化，并具有良好的重现性和稳定性。利用铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器[2]，如Pt100。它们被广泛应用于工业测温。其中Pt100在-200℃～+850℃内热电偶更精确、线性度更佳。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆[3]。

三、AD转换器

用PT100进行测温需要相应的电路把电阻与温度的对应关系转换成电压变换与温度的对应关系，这个步骤的关键就在于模数转换，而在系统中这是由AD7711来实现的。AD7711是美国AD公司推出的一种高分辨率的双路模数转换器件，具有抗干扰能力强、受噪声环境影响小的优点。

四、主控芯片

STC的单片机STC90C52作为主控芯片。它具有在系统可编程（ISP）特性，单片机[4]在用户系统上即可下载/烧录用户程序。

五、USB接口芯片

USB接口用于数据的传输。系统选取了CH341作为USB接口芯片，把USB接口与串口进行转换。

六、接口

（一）PT100与AD7711接口

经过比对系统采用的是三线制的接法具体连接见图2。

（二）AD7711与单片机接口

单片机的串口和P1口实现与AD7711接口的具体电路如图3所示。

（三）单片机与CH341接口

图4中是单片机通过串口连接CH341，实现单片机与计算机之间的USB 通讯。

七、结论

信号通过上述电路的处理后输入到电脑中，在电脑端用一个第三方软件“串口调试助手”可以方便的看到PT100所采集到的实时温度。整个系统体积小、功耗低、精度高，能够实时的显示PT100测量的温度。统可以进行扩展，如可加一组数码管作为显示，或者用多个PT100进行多点采集。

参考文献：

[1]陈德龙,秦会斌.基于Pt100的电子温度表设计[J].杭州电子科技大学学报,2005,25(4):42245.

[2]马净,李晓光,宁伟.几种常用温度传感器的原理及发展[J].中国仪器仪表.2004,24(6):1-2.

[3]喻秉文.1990国际温标热电偶铂热电阻应用手册[M].北京:1996.

[4]李广第,朱月秀,王秀山.单片机基础[M].北京:北京航空航天出版社,2003:11-112.

篇9

温度调节存在大滞后现象，对温度的适时控制一直是工业过程中公认的难题，文章提出一种采用标准输出4～20mA温度变送器对系统温度信号进行采集，采集后的模拟量经PLC功能模块转换为数字量，通过其自带的PID指令对温度当前值和设定值的偏差进行运算，再通过脉宽调制指令控制电热器的导通时间，直至温差为零，电热器不工作，实现温度的闭环控制，实现对电热器温度的高精度调节。

【关键词】

PID脉宽调制；温度控制；温度变送器；电热器

1.系统组成

整个系统的组成如图1所示，使用PLC作为控制核心，温度变量经温度变送器采集[1]后，再经过A/D转换模块转换成PLC可读的数字量，PLC将它与温度设定值比较，并按某种控制规律对误差进行运算，驱动执行机构，实现温度的闭环控制。

2.硬件选择

（1）PLC的选择

PLC的选择主要应从PLC机型、容量、I/O模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑[2]。本系统选用三菱公司生产的FX2N-48MR作为温度控制系统的PLC主单元。

（2）温度传感器的选择

选择中温区最常用的一种Pt100热电阻作为传感器。测量精度高，性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的。

（3）模拟量输入模块的选择

温度由Pt100铂电阻温度传感器检测后输出的是电阻信号，且是模拟量，而PLC所能处理的是数字量，因此选择FX2N-4AD作为整个系统的A/D转换模块。

（4）温度变送器的选择

由于FX2N-4AD所能识别的信号是DC-10～10V或-20～+20mA，所以铂电阻温度传感器[3]采集到得温度信号必须要通过电路的转换与调理，在此选用SBWZ-PT100热电阻温度变送器实现该功能。SBWZ-PT100可将热电阻信号转换成与温度信号成线性的4～20mA的输出信号，根据表1选择预设1，当前温度和FX2N-4AD最终转换得到的数字量的比例关系：FX2N-4AD转换的数字量=当前温度×10。

（5）加热器及驱动的选择

选择电热管作为系统的加热器件，其具有使用寿命长、抗氧化性能好、电阻率高、加工便宜等优点。

加热驱动器的选择对系统的控制效果、可靠性及使用寿命有着较大的影响。由于在本控制系统中，所选用可编程序控制器采用继电器输出方式，所以选用固态继电器为驱动控制器件。

3.系统安装

SBWZ-PT100温度变送器端子5接24V电源正端、端子4为4～20mA电流输出端。端子1、2、3接热电阻。温度控制系统原理接线图如图2所示。

4.软件设计

（1）温度控制技术的选择

三菱FX2N-48MR可编程序控制器拥有自己的PID指令，只需进行一些简单的参数设置即可，且与开关量控温法相比系统的控制精度有了较大的提高。

（2）内存地址及内部继电器分配

PLC内存地址及内部继电器功能对照见表2。

（3）程序设计

①系统的启动与停止。利用内部辅助继电器来代替开关输入，可以在触摸屏上点击启动、停止，节省I/O输入点。其指令表如下：

LD M3

OR M5

ANI M4

OUT M5

②特殊功能模块。FX2N-4AD的识别，FX2N-4AD把两个温度传感器输出转换为数字量，并把两个通道的数据求平均。其指令表如下：

LD M8002

FROM K0 K30 D4 K1

CMP K2010 D4 M0

LD M1

TOP K0 K0 K3311 K2

TOP K0 K1 K4 K2

FROM K0 K29 K4 M10 K2

ANI M10

ANI M20

FROM K0 K5 D10 K2

MEAN D10 D20 K2

③PID参数设定：

LD M5

MOVP K1000 D300

MOVP K1 D301

MOVP K50 D302

MOVP K10000 D303

MOVP K15000 D304

MOVP K0 D305

MOVP K0 D306

PID D200 D20 D300 D150

④PID输出值上下限调节：

LD M5

ZCP K0 K5000 D150 M100

LD M100

MOV K0 D160

LD M101

MOV D150 D160

LD M102

MOV K5000 D160

⑤PWM指令控制电热器的导通时间：

LD M5

PWM D160 K5000 Y000

OUT Y001

LD M5

CMP D20 D200 M6

LD M6

AND M5

OUT Y2

LD M4

ZRST D0 D400

END

5.调试运行

系统按图2连接好以后，建立人机界面。

当前温度为39.1℃，就是A/D转换模块转换来的数字量391。将温度设定为800就相当于80℃，并设定PID的参数，然后按下启动按钮，系统启动，开始进行温度当前值采集和PID运算。

当温度升高到40.5℃时，PID运算输出5000，电热管持续导通，温度持续升高；温度上升到77.2℃，PID输出为3296，电热管每5s导通3s，使温度缓慢上升；温度为79.7℃时，PID输出为893，即电热管在5s的周期里导通1s；如果当前温度超过温度设定值，风机就导通降温。

使用FX2N-48MR自带的PID指令，能使温度控制系统更加稳定，控制精度更高。使用PWM脉宽调制指令，进一步提高了系统控制精度。利用触摸屏作为人机界面，控制系统的启动、停止，输入温度设定值，实时监控温度的变化，临时改变PID的各项数据不用一直更改梯形图，就可以改变温度设定值等数据，使操作更加方便。

参考文献：

篇10

如在电控燃油喷射技术的基础上，采用三元催化器，就可以获得更高净化率的排放控制。但是为了能最有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。因此，在排气管上增加一个氧传感器，经常性地检测排气的质量，并将其转换成电信号传给ECU。ECU根据氧传感器提供的信号，不断检测和调整发动机喷油器的喷油量，使发动机在多数情况下都工作在理论空燃比附近，实现了喷油的闭环控制，也有效地提高了发动机性能及整车的经济性。可以说，氧传感器起着至关重要的

作用。

一、氧传感器概述

氧传感器是排气氧传感器EGO（Exhaust Oxygen Sensor）的简称，其功能是通过检测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据（入）控制在0.98～1.02之间的范围内，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体排放量和节约燃油之目的。

自1976年德国博世公司率先在瑞典沃尔沃（VOLVO）轿车上装用氧传感器之后，通用、福特、丰田、日产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发与应用工作。汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（Zr02）式和氧化钛（Ti02）式两种类型。氧化锆式氧传感器又分为加热型和非加热型两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。在实际的维修作业中，通常将氧传感器分为1线、2线、3线及4线四种类型，主要由钢质壳体、锆管（或二氧化钛传感器元件）、加热元件、电极引线、防水护套和线束插头等组成。其中1线和2线没有加热元件，只有3线和4线才有。加热元件是受电控单元ECU控制的，它的作用是当空气进气量小（排气温度低）的时候，ECU控制加热元件通电加热氧传感器，使其工作在正常的工作温度，从而能够精确地检测排气中氧离子浓度的变化。

氧传感器安装在汽车的排气管上，头部装进排气管内，尾部暴露在空气中。空气可以从尾部流入传感器内部（氧化锆式），传感器外部跟废气直接接触，这样当氧离子在锆管中扩散时，锆管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓度变化而变化，即锆管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号源相当于一个可变电源。当可燃混合气浓度低时，排气中氧离子含量多，因此传感器内、外氧离子浓度没有多大差别，两个铂电极间的电位差较低，约为0.1V；相反，如果可燃混合气浓度高，排气中的氧离子含量很少，传感器内、外氧离子浓度差别很大，两个铂电极间的电位差也大，约为0.9V。发动机ECU根据来自氧传感器的电动势信号判别可燃混合气的浓度，并相应地修正喷油时间，控制喷油量，使混合气浓度接近理论空燃比。通过闭环控制，再利用三元催化器，从而可以最大限度地减少尾气排放，使发动机性能处于最佳状态，提高燃烧效率，使汽车更节能、更环保。

二、氧传感器故障诊断与检测实例

1.案例一

（1）故障现象。一辆捷达GTX电喷发动机轿车，在使用过程中出现排气管冒黑烟、油耗高、怠速不稳等故障。

（2）故障排除过程。用专用仪器VAG1552检查发动机电控系统，显示空气流量计有故障，但测量空气流量计的线路及电阻都正常，进一步检查“08读取测量数据块”中的显示组033的第二区，检查氧传感器的电压值在0.1～0.2V之间变动（正常情况应该在0.1～0.9V间变动）电压变动范围很小说明氧传感器未起作用。拆卸后发现氧传感器顶尖部位的颜色为棕色。

（3）故障原因分析。这种现象是氧传感器中毒，经常使用含铅汽油的汽车更容易出现这种情况，所以即使更换了新的氧传感器，汽车行驶几千公里后还需要再次更换氧传感器。根本原因是：由于过高的排气温度，使铅侵入氧传感器内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，失效后的氧传感器不能把真实的混合气浓度信号传给发动机控制单元，造成喷油量不准确，就会导致上述故障现象。

2.案例二

（1）故障现象。一辆宝来1.6AWB的发动机在无负荷踩下加速踏板时无反应，车主称因加速无力更换了三元催化转换器。

（2）故障排除过程。以VAG1552进行故障检查发现，故障代码18030油门踏板1-G79（1号油门踏板传感器）信号过低、18041油门踏板传感器2-G185（2号油门踏板传感器）不可靠信号、17510氧传感器加热线路对正极短路和17511氧传感器加热电路功率太低。由于是加速问题，先检查油门踏板传感器，以仪器进行发动机数据流08-062检查时发现，踩下油门踏板时1～4区都没任何反应，又根据线路图进行油门踏板传感器1-G79和2-G285的元件和线路检测，并没有发现问题，此时，判断故障可能在氧传感器上。

拔下氧传器的4线插头，根据线路图显示，氧传感器上1号线是来自燃油继电器的87号的电源线，2号线是氧传感器加热电阻到ECU121／4的接地回路。用万用表量取氧传感器1和2号的电阻为无穷大，可以判断氧传感器的加热电阻已断路，必须更换氧传感器。在拔下氧传感器的情况下启动发动机，不能加速的故障依然存在，为了尽可能把故障一次排除，又对加热线路进行了仔细检查。量取传感器1号线，来自87的电源线与车辆接地有12V电压，但与2号线跨接时并没有电压值，再进行氧传感器2号线与ECU（220）的T121／4号线线路检查，测到电阻为0.5Ω连接线路正常，现可判断除氧传感器故障外，发动机电脑也出现故障，不能正常给氧传感器接地，因此对ECU和氧传感器进行了更换，故障排除。

（3）故障原因分析。三元催化转换器堵塞后，维修人员更换了三元催化转换器，而拆卸氧传感器时，氧传感器的线束与传感器没有一起转（拆卸时只旋转传感器外体，并没有注意需要与连接线一起转动），氧传感器外壳用于固定线束的固定环已松动，传感器加热电阻的连接线束被人为损坏造成传感器内短路，但并未被当时的维修人员发现。而更换三元催化转换器时装回了已损坏的氧传感器，由于线路短路使ECU的线路板在传感器回路处严重损坏（形成短路情况时已使熔丝熔断，因发现S243／10A熔丝已被更换成25A），而刚好ECU损坏的线路板处焊接位置与油门踏板传感器的回路线路焊接位置很接近，使油门踏板回路导线也严重烧毁，数据检测不连通，以致检测故障时误认为是油门故障，而真正原因是氧传感器线路故障。

三、结束语