傳統(tǒng)爐溫?cái)?shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)現(xiàn)狀研究

【摘要】溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，也是人類(lèi)生活中不可或缺的重要條件之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、社會(huì)的不斷發(fā)展，各種先進(jìn)的測(cè)量溫度的儀器在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。溫度采集系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到人們生活的方方面面，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的各行各業(yè)對(duì)于溫度采集的精度要求越來(lái)越高，本文主要是研究目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的溫度采集控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀并通過(guò)分析得出它們的優(yōu)劣性，為新的高效的爐溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供幫助。

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng) ? 爐溫?cái)?shù)據(jù)采集 ? 現(xiàn)狀 ? 研究

人類(lèi)的生活同溫度息息相關(guān)，各類(lèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都需要對(duì)溫度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，例如，工業(yè)環(huán)境中的發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)，許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過(guò)程必須控制在一定的溫度條件下才能進(jìn)行，煉油廠的原油必須在一定的溫度和壓力條件下才能按照設(shè)定的程序分離出汽油、柴油，沒(méi)有合適的溫度環(huán)境，許多對(duì)溫度敏感的電子儀器儀表無(wú)法正常啟動(dòng)運(yùn)行，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的糧倉(cāng)需要精確的溫度才能保證儲(chǔ)存的糧食不腐爛變質(zhì)，酒類(lèi)生產(chǎn)和儲(chǔ)存需要嚴(yán)格的溫控裝置才能保證酒類(lèi)的品質(zhì)不收到影響。由此可見(jiàn)，研究溫度的精確采集和自動(dòng)控制是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

一、溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)熱脹冷縮原理測(cè)溫

這種測(cè)溫方法最常見(jiàn)的就是水銀體溫計(jì)，至今仍然被廣泛采用，它最大的缺點(diǎn)是需要近距離觀測(cè)、易碎，且水銀是有毒物質(zhì)，溫度計(jì)破碎后有危險(xiǎn)。

（二）熱點(diǎn)效應(yīng)測(cè)溫

利用熱效應(yīng)測(cè)溫原理制成的測(cè)溫元器件常見(jiàn)的有熱電偶，它也是目前被廣泛應(yīng)用的溫度檢測(cè)傳感器，這種檢測(cè)裝置也是應(yīng)用的最早的溫度檢測(cè)裝置，且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量范圍廣、精度高的特點(diǎn)發(fā)展的非常成熟，但是這種測(cè)溫裝置需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償才能夠正確進(jìn)行溫度控制，這也是它最主要的一個(gè)缺點(diǎn)。

（三）熱阻效應(yīng)

利用這種方法的測(cè)溫元件常見(jiàn)的有電阻測(cè)溫元件，它的工作原理是利用感溫元件的電阻變化的性質(zhì)，將電阻的變化用儀器儀表顯示出來(lái)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為溫度的變化，但是缺點(diǎn)是也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償才能精準(zhǔn)控制溫度。

（四）晶體管測(cè)溫

晶體管測(cè)溫元件主要利用了半導(dǎo)體二極管和三極管的PN結(jié)電壓和電容對(duì)溫度有很高的靈敏度，但缺點(diǎn)是一致性較差，且不易做到互換，而且PN結(jié)的特性容易受到外界輻射的影響，穩(wěn)定性較差。

二、單片機(jī)溫度采集控制系統(tǒng)

這種溫度采集系統(tǒng)中最為關(guān)鍵核心的部件就是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)過(guò)了這樣幾個(gè)階段，即傳統(tǒng)的分離式傳感器，模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器。可見(jiàn)，智能化是整個(gè)溫度采集控制系統(tǒng)發(fā)展的最終方向。在溫度采集控制系統(tǒng)中，如何合理選擇溫度傳感器是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，溫度傳感器的性能及可靠性會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。傳感器的選擇受到很多方面因素的影響和制約，最為重要的因素就是精度，常用的溫度傳感器有如下幾類(lèi)：

（一）熱電阻傳感器

熱電阻傳感器是常見(jiàn)的一種溫度傳感器，它的工作原理很簡(jiǎn)單，即將系統(tǒng)檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)的變換轉(zhuǎn)化為電阻數(shù)值的變化，被測(cè)量系統(tǒng)的溫度的變化是直接反應(yīng)為電阻的阻值的變化的。這種溫度傳感器雖然工作原理簡(jiǎn)單，系統(tǒng)構(gòu)成也簡(jiǎn)單，但是測(cè)量的精度卻很高，性能也較穩(wěn)定。由于測(cè)量精度高，原理簡(jiǎn)單，這種溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量中，并被制作為基準(zhǔn)儀。

由于此種溫度傳感器采用將溫度的變換直接轉(zhuǎn)換為電阻阻值的變換，因此在溫度控制系統(tǒng)中如果采用熱電阻傳感器作為溫度傳感器的話(huà)，就必須要考慮其它因素對(duì)于溫度的影響，尤其是熱電阻傳感器進(jìn)線電阻對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響，通常采用三線制或四線制作為進(jìn)線可減少對(duì)系統(tǒng)電阻值得影響。

（二）熱電偶傳感器

所謂的熱電偶傳感器，是將兩種不同材料的金屬通過(guò)一定的工藝連接在一起形成具有熱點(diǎn)效應(yīng)原理的一種溫度傳感器。熱電偶傳感器的工作原理是將檢測(cè)到的溫度的變化轉(zhuǎn)換為熱電偶兩端電勢(shì)的變化，再配合使用相應(yīng)的信號(hào)放大電路及I＼O轉(zhuǎn)換裝置將這種溫度變化輸出給系統(tǒng)中的上位機(jī)，進(jìn)而通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)控制。采用熱電偶作為溫度傳感器的系統(tǒng)，它的精度比較高，測(cè)量范圍非常廣，且電路構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，成本較低，因此這種溫度傳感器應(yīng)用非常廣泛。但需要注意的是，目前市場(chǎng)上熱電偶傳感器的種類(lèi)、型號(hào)非常多，選擇時(shí)必須要結(jié)合溫度采集控制系統(tǒng)對(duì)于精度、靈敏度、可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性等條件的具體要求，合理選擇。

（三）半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器

半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器是利用半導(dǎo)體元器件的PN結(jié)的電流和電壓同系統(tǒng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的溫度之間建立相關(guān)的聯(lián)系來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的一種器件。這種溫度傳感器和外圍驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路集成在一塊芯片上，特點(diǎn)是體積小、使用非常方便、線性程度高、測(cè)量精度高。通常這種半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器集成在AD595芯片上，一般用于室溫或者是環(huán)境溫度的檢測(cè)和溫度補(bǔ)償。

（四）半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，因此在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中也出現(xiàn)了半導(dǎo)體數(shù)字溫度傳感器，主要用于組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)代電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。數(shù)字溫度傳感器可以和各種微處理器的IO接口連接，它可以克服模擬溫度傳感器同IO接口連接時(shí)需要另外設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的缺陷，正式因?yàn)檫@一特點(diǎn)，數(shù)字溫度控制系統(tǒng)廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)控制、電子溫度測(cè)量、醫(yī)療儀器測(cè)溫等需要精度較高的測(cè)溫系統(tǒng)中。

綜上所述，傳統(tǒng)的爐溫?cái)?shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)、精度、響應(yīng)速度、性?xún)r(jià)比等等因素有些已經(jīng)不能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的快速發(fā)展了，需要根據(jù)不同的溫度控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼摹?yōu)化才能精確地進(jìn)行溫度控制和相關(guān)其它控制。

基金項(xiàng)目：2019年衡陽(yáng)市科學(xué)技術(shù)局指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目“基于DSP的爐溫?cái)?shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”（課題受理編號(hào)： 2019jh010907）的研究成果。

作者簡(jiǎn)介：高慧（1982.12-），女，碩士，湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。