高精度热电偶温度变送器_钱可元

一般传统语言所不具备的。

可以通过合理构造两级任务队列,充分利用Wait函数,方便、灵活地实现多任务调度,快速、高效地构造较为复杂的多任务并行程序。

3结束语
LabVIEW是一种方便、高效、易学、易用的虚拟仪器开发平台。

利用LabVIEW多任务并行运行机制,可使用一个用户界面线程和多个后台工作线程相结合,满足系统的多任务需要。

在利用多线程进行程序设计时,要充分考虑到并发性、安全性等问题,才能提高程序及系统的效率,发挥出多任务并行的高效性。

参考文献
1王丰锦,邵新宇,等.基于SOCKET和多线程的应用程序间通信技术的研究[J].计算机应用,2000(6):65~67
2骆斌,费翔林.多线程技术的研究与应用[J].计算机研究与发展, 2000(4):407~412
修改稿收到日期:2002-10-18。

作者林康红,女,1966年生,1988年毕业于新疆大学,2002年于上海大学获硕士学位;从事电子测量与信息处理的研究。

高精度热电偶温度变送器
Hi gh Precise Thermocouple Temperature Transmi tter
钱可元
(清华大学深圳研究生院,深圳518057)
摘要介绍一种高精度热电偶温度变送器的设计原理及制作工艺。

重点介绍了参比端温度补偿技术,其参比端补偿精度<011e,测量精度达到011%。

还阐述了为保证温度变送器的精度所采取的工艺方法。

关键词温度变送器热电偶设计工艺
A bstract The design pri nciple and fab rication technique of a high precise thermocouple temperature trans mitter are introduced.The tem peratu re com-pensation tech nology at reference end is p resen ted emphaticall y,the accu racy of compensation is less than011degree C and the accuracy of measu rement is u p to011%.In additi on,the method of ensu ring the accu racy of the transmi tter is also d escribed.
Key w ords Temperature tran smitter Thermocouple Desi gn Process techniq ue
高精度热电偶温度变送器采用先进的二线制传送方式,是取代目前我国大量使用的DDZ-Ó型仪表的换代产品,它广泛用于石化、冶金铸造、发电、船舶、国防等许多需要对温度进行精密测量及远距离控制的场合。

它是工业生产过程中温度自动测量和自动控制必不可少的关键器件,目前国内大多数高精度、高稳定性领域所需之温度变送器还依赖进口。

为此,我们研制了新一代高精度温度变送器,它包括普通型和防爆型两大类,基本精度为011%,在-35~+85e环境温度范围内,参比端补偿精度优于011e,各项指标均达到国外同类型产品的指标。

1结构原理
变送器采用现场安装式两线制结构,整体用树脂灌封,可直接安装于热电偶的接线盒内,从而减少干扰,省却补偿导线。

整个变送器由参比端自动补偿、零点与量程补偿网络组成,如图1
所示。

图1变送器结构示意图
2精密参比端补偿
热电偶的参比端补偿技术(CJC)是温度变送器实现高精度的关键技术之一。

以往的参比端补偿都采用如图2a所示电桥形式, R Cu为铜基精密电阻,R s为固定电阻,左右桥路的电阻基本对称,R
t
用于桥路的平衡。

为方便分析,把R
C u
+ R s称为R,以往有些产品把R作为一个定值来选取,这样A、B点间的电位差与温度的关系就近似为线性关系,A、B两端的参比端补偿电压也就基本与温度成
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高精度热电偶温度变送器钱可元
线性关系。

由于热电偶输出与温度的关系并非线性,
因此很难在各个温度点获得精确补偿。

图2 参比端补偿电桥电路
为此对原有电桥电路进行了改进,采用如图2b 所示电路。

若在C,D 两端加上一恒定电压,B 点的电位是不变的,然后用AD950温度/电流变换器来控制桥路左边的电流。

AD590是一双端口温度敏感电流元件,它的输出电流与外界的绝对温度成正比,能在-55~+150e 温度范围内提供1L A/K 的电流,在室温为25e (29812K )时,标定输出电流为29812L A ,并可在很宽的电压范围内(4~30V)正常工作。

器件内部对相关的电阻采用激光修整,保持了较高的准确性,而且作为一种电流输出型元件,其抗干扰特性较好。

实际上,热电偶的热电势E (T )与温度的关系并非线性,而是常用一多项式表示。

这里将K 型热电偶作为分析对象,它的热电势与温度呈一多项式关系,我们将其近似为一个二次多项式:
E(T)=AT 2+BT +C
为使参比端补偿量能趋近该二次多项式,将补偿电路中的电阻与电流同时随温度变化而变化,而其中电阻为
R =R s +R Cu =R 0(1+A T )+R s
式中:R s 为一固定电阻;R Cu 为一铜合金电阻;A 为合金电阻材料的温度系数。

而通过的电流为
I (T )=27312+T (L A )
A 点电压即为
V A (T )=R(T )#I (T )=[R 0(1+A T )+R s ]#
(27312+T)
=R 0A T 2+(27312R 0A +R 0+R s )T + (R 0+R s )#27312=a T 2
+b T +c
A 点电压与温度成二次方关系,正确选取R 0,R s
和A 的值,就能使参比端补偿电压达到二次方逼近的精度,当然这样补偿比一次方的形式要精确得多。

为了正确选取R ,我们先在-30~+90e 的温度范围内取三点E(T )的值,分别求出A ,B 及C 的值。

令V A -V B =E(T ),C =V B =111965mV 。

则可求得:R 0=51598,R s =381228,铜合金电阻的A =0100428,由此可算出在-30~+80e 的温度范围内实际的参比端补偿量及补偿误差值。

由图3可见,在-30~+80e 的温度范围内,参比端补偿量的实际值和理论值的误差很小,均在011e
范围内。

图3 不同环境温度下的实际补偿误差
3 电压电流变换
温度变送器的核心部件是专用AD 变换器AD693,它能处理0~100mV 的各种量程信号,以4~20mA 电流输出到测量与控制系统,具体电路如图4
所示。

图4 温度变送器具体电路图
R W 1,R 6组成一个零点微调电路,调整4~20mA 电流输出范围的零点,若I A 为需调整的范围,可根据下式选取R W 1和R 6的大小:
R W 1= 1.6
I A
-400R 6=
R W 1@3.1A @3.75
R W 2为量程调整电阻,当量程小于30mV 时,R W 2
的大小按下式计算:
R W 2=
40030S
-1式中:S 为要求的量程值。

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5自动化仪表6第24卷第8期 2003年8月PROCESS A UTOMATION INSTRUMENTATION,Vol.24,No.8,Aug.,2003
4变送器调试与整机精度的提高
要使整个变送器的精度提高,在工艺上必须注意下列几点:
¹元件的老化筛选工作;
º电路板的设计制造。

CJC桥路电路板的制作必须考虑到各接点的接触电势差,特别是对S型热电偶变送器,由于热电势值很小,一般的接触电势就足以破坏CJC的精度,为此电路板采用聚四氟乙烯基板,焊板表面应镀金处理;
»电压变换电路部分的温度补偿。

室温时, AD693的非线性误差为0101%,但温度变化时,其漂移量有时可达1%,若要让变送器在-25~+85e范围内都达到011%的精度,必须对电路进行必要的补偿,即零点补偿和量程的补偿。

5结束语
按照上述方法,参比端补偿的精度将控制在011e以内,而整个变送器在-35~+85e环境温度范围内,其测量误差可控制在015e以内,可满足许多需要高精度测温的需要。

参考文献
1Hall J on e.The high and lo ws of temperatu re monitori ng.In struments& Con trol System.Ju ne,1979
2Qian Hon gj un,Sha Jun.Develop men t of i ntelligence i ns tru men t for con-tin uous meas uremen t of mol ten s teel temperature.Journal of Northeastern Uni versity185Oct.,1997
修改稿收到日期:2002-10-18。

作者钱可元,男,1957年生,1983年毕业于清华大学,1987年获硕士学位,高级工程师。

外冷器温差检测系统
Temperature Difference Detecting System of Outer Cooler
程汉湘1姚齐国2文小玲2夏勇军2周守华3徐文杰3 (广东工业大学自动化学院1,广州510090;武汉化工学院2,武汉430073;湖北双环化工集团设计研究院3,应城432400)摘要结合具体生产实际,详细阐述了以80C196/KC为核心、PSD302为存储芯片,包括电流型检测输入和双重滤波等环节所组成的高精度实时测温系统。

给出了检测回路原理图及测量系统流程图。

该系统可应用于化工生产或其它相关领域的实时温差检测,具有精度高的特点。

关键词温度测量温差检测高精度双重滤波
A bstract Combinin g concrete producti ve practice a hi gh precise real ti me tem perature tes tin g system is described in detail.The system is com posed of the ele men ts of80C196/KC as kernel,PSD302as storage chip,current type detectin g in put and duplicated filter,etc.The schematic diagram of pri nc-i ple of measuri ng loop an d fl owchart of meas urin g s ystem are gi ven.The s ystem i s suitable for real ti me temperature di fference with high accuracy for chemical p roduction and other related scopes.
Key w ords Them peratu re meas urement Detection of temperature difference High accuracy Du plicated Filter
0引言
温度检测的准确性直接影响工业生产的状况和工业产品的质量。

传统的三线制或四线制电桥测温电路由于对电源和电路元件的参数要求很高,在某些场合难以直接应用到工业化生产的测量系统中。

如在碳酸氢钠生产过程中,为了提高生产率,必须在液氨混合液的某一工段需进行降温处理,一般常采用外冷器将其冷却。

外冷器温差指示的准确性直接影响产品质量的好坏,其工作过程为外冷器入口的氯化钠、氯化氨及游离氨等混合溶液在环形管换热器的内部流过,与外壁交叉而流动的制冷剂(液氨)通过传导、换热进行冷却。

从长期的生产经验看,混合溶液每次流经外冷器时,进、出口温度差以015e为宜。

如温差低于015e,则表明没有达到所要求的冷却效果,还需要在后续的操作工艺中必须进行再冷却循环。

这样会降低设备的利用率,浪费能源;如果温差大于015e,则表明混合溶液的温度下降太快,这样
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外冷器温差检测系统程汉湘,等。