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鉑熱電阻范文1
關鍵詞：Pt100熱電阻；牛頓法；二分法；特性分析
中圖分類號：TN304 文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)06-146-03
Application Characteristic Analysis of Newton Method in Temperature
Computation of Pt100 Platinum Resistor
ZHANGLi 2，JIANG Jianguo1
(1.Xidian University，Xi′an，710071，China；2.Shaanxi Post and Telecommunication College，Xianyang，712000，China)
Abstract：An analysis of temperature-resistance computation algorithm of Pt100 platinum resistor is discussed.Based on the comparison of the Dichotomy method，programming structure，computing complexity，absolute accuracy and relative operating speed of the Newton method are analyzed in detail.Results show that，at the same accuracy constraint，the Newton method has smaller computation complexity，higher accuracy，lower calculation error and faster operation speed than the Dichotomy method.Therefore，the Newton method is a appropriate algorithm for the temperature computation of Pt100 platinum resistor.
Keywords：Pt100 platinum resistor；Newton method；dichotomy method；characteristic analysis
1 概 述
Pt100 鉑熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算機等配套使用，可直接測量各種生產過程中的-200 ℃～850 ℃范圍內液體、蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度。Pt100 鉑電阻具有抗震性能好、測溫范圍廣、測量精度高、機械強度高、耐壓性能好等特點，且電阻率較大，其電阻Rt與溫度t的關系為正比例系數的單調函數，實際測量中有良好的重復性。因此其工業應用非常廣泛。
在使用Pt100鉑熱電阻進行溫度計算的應用時，已知溫度t計算出電阻值Rt的函數Rt(t)已經存在，參見文獻[1]；然而，在實際工程項目中，一般是測量得到電阻值Rt，需要經過換算得到與之對應的溫度值t，也就是需要求解Rt(t)的反函數。通常有數值和解析2類方法，而數值法在工控計算中得到了廣泛應用，因此，詳細分析Pt100鉑熱電阻溫度數值算法的計算特性，具有重要的應用意義。
本文針對Pt100熱電阻計算，采用牛頓法，在C語言編程環境下解決了Rt-t關系計算問題。為了探討該方法的應用特點，以二分法為參照，在程序結構、計算復雜性、絕對計算精度、以及相對運行速度等方面進行詳細的對比分析。
2 Pt100鉑熱電阻溫度計算
2.1 計算關系式
根據文獻[1]，由溫度計算阻值的公式如式(1)所示：
Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)，t∈[-200，0]
R0(1+At+Bt2)，t∈(0，850](1)
式(1)中，參數：R0=100.00 Ω；A=3.908 02 ×10-3℃-1，B=- 5.80 2 ×10-7 ℃-2；C=-4.273 50×10-12℃-4。
從式(1)可以看出，已知Rt計算t分為2段。在t∈ (0，850]區間，是一元二次方程求根問題，有解析關系式的定解，不是本文探討的關鍵；而在t∈[-200，0]區間，已知Rt求t，是一元四次方程求根問題。
理論上，一元四次方程可以有解析解，但解析推導過程較為復雜，同時還需要在多個根中排除復根，以及判斷合理的實根等。本文采用數值方法(以牛頓法為代表)來解決該區間四次多項式的求根問題。
一般來說，用數值方法進行多項式求根，大致需要3個步驟：
(1)判定根的存在性；
(2)確定根的分布范圍，即將每一個根用區間隔離開；
(3)根的精確化，即根據根的初始近似值按某種方法逐步精確化，直至滿足預先要求的精度為止。
一般的多項式，判定其根的存在性需要證明。而在這個問題中，由其特定的工程物理背景，這里可以肯定，在[-200，0] 和(0，850]兩個區間內，實根是確定存在的。
根據式(1)，得到f(t)：
Иf(t) = t4-100t3 + BCt2 + ACt + 1C(1-RtR0 )(2)И
其中，參數R0，A，B，C與式(1)相同。則已知Rt求t的問題，轉化為求f(t)=0的方程求根問題。方程求根常用的數值計算方法，有二分法、切線法(牛頓法)和弦截法等。
2.2 二分法和牛頓法的計算過程分析
2.2.1 二分法的計算步驟
二分法的計算步驟為：
(1) 輸入有根區間的端點a，b及預先給定的精度ε；
(2)(a + b) /2 賦予x；
(3)若f(a)f(x)
(4)若b-a
2.2.2 牛頓法的計算步驟
牛頓法的計算步驟為：
(1) 給出初始近似根x0及精度ε；
(2) 計算x0-f(x0)f′(x0)=x1；
(3) 若|x1-x0|
(4) 輸出滿足精度的根x1，結束。
牛頓法的特點是計算函數必須可導，需要計算導數，由(2)可得：
Иf′(x)=4x3-300x2+2BCx+AC(3)И
能夠滿足牛頓法應用的要求。
3 牛頓法與二分法計算特性分析
3.1 程序結構
從流程圖(見圖1)可以看出，二分法算出一個滿足精度要求的解，需要在給定的區間內，取中點計算x對應的f(x)，滿足精度要求就可結束，編程實現比較容易。牛頓法需要先求函數的導數。對有的問題來講，原函數可能不可導，或者求導之后，導數更復雜，不便于編程實現。本項目中求導之后的Rt ～ t兩者之間的導數關系式見式(3)，比原函數簡單，編程實現是可行的?？偟膩碚f，2種方法的程序結構相當。
3.2 計算復雜性分析
根據圖1，要達到求解問題限定的精度，需要迭代一定的次數。一般來說，在相同的精度約束下，算法的迭代次數越少，算法的應用特性越好。
圖1 二分法與牛頓法的流程圖
本文根據圖1，在VC 6.0環境下，設計計算程序，并根據程序運行實際結果，分析牛頓法與二分法的迭代情況。在溫度t的[-200，0]區間，采用相同的精度ε約束，每0.1度取一組t，Rt數據點進行檢驗計算，統計兩種方法所需的最大迭代次數。統計結果如表1所示。
表1 計算精度ε與數值計算最大迭代次數關系
從表1的對比可以看出，牛頓法用較少的次數(最大4次)迭代，就能夠達到需要的精度；并且算法性能穩定，對計算精度Е諾謀浠不敏感。而二分法所用的最大迭代次數較多，而且隨著精度的提高，最大迭代次數顯著增加。
3.3 絕對計算精度分析
衡量一個算法是否準確，計算精度是非常重要的約束條件。在同等量級的精度ε約束下，近似根的實際誤差按算法不同而有實際差異，計算精度高的算法有更好的實用價值。
以前述程序為準，在溫度t的[-200，0]區間，每0.1 ℃取一組t，Rt數據點，在相同的精度ε=1×10-3約束下計算，分析2種方法的最大誤差。
對結果選取有代表性的部分數據點，進行圖2所示的對比。
圖2 精度誤差分析圖
從精度誤差分析可以看出，在相同的精度約束下，牛頓法的誤差非常小，圖2中所列出的是數據點中，牛頓法誤差較明顯的部分數據，誤差基本都在1×10-11量級，比給定的ε=1×10-3低7個量級，精度特性非常好；與之相比，二分法的誤差雖然滿足ε約束，但幾乎處于同一量級(圖見約0.8×10-3，與1×10-3的ε非常接近)；同時，二分法相鄰數據點的誤差，分列于正負兩側，呈現明顯的鋸齒形振蕩。
3.4 相對運行速度比較
衡量一個算法是否優秀，運行速度是必不可少的判定條件。運行速度快的算法有更高的實用價值。以二分法為參照，分析牛頓法的運行速度，有很大實用意義。
同樣以前述程序為基礎，在t的[-200，0]區間，均勻抽取數據點，限定精度ε，完成同樣次數的循環(2 000 000次)，記錄運行時間，得到結果如表2所示。
表2 相對運行速度比較
從速度比較看出，在相同的精度要求下，牛頓法程序運行時間明顯少于二分法；隨著精度要求的提高，牛頓法所需時間變化不明顯，而二分法所需時間則明顯變長。計算精度ε越高，二分法的運行時間越長。二分法所需時間至少是牛頓法的4倍以上。
牛頓法每次迭代，需要完成約22次浮點乘法和9次加法。而二分法的1次迭代需要完成約25次浮點乘法和11次加法。從單次迭代的計算量來看，二分法稍多，但區別不大。然而，由于算法本身的特性，二分法迭代次數的比牛頓法多4倍以上，導致二分法實際用時要比牛頓法長很多。
4 結 語
一元多次方程的求解問題在實際使用中非常普遍。根據阿貝爾定理，5次及更高次的代數方程沒有一般的代數解法，這樣的方程，不能由方程的系數經過有限次四則運算和開方運算求根。也就是說，在工程運算中，解析法難以求解5次以上的高次方程，這時，數值求根就成了工程技術人員的第一選擇。二分法和牛頓法作為基本的計算機編程方法，他們的特點比較明顯。二分法對函數要求較低，在所求區間只要確證有根，就能以很穩定的速度在不斷減小的區間找到滿足精度要求的近似解。而牛頓法雖然要比二分法優異很多，但要求函數必須可導。當導函數要比函數本身簡單時，牛頓法能快速準確地計算出高精度的近似解。
本文針對Pt100鉑熱電阻溫度計算問題，以二分法為參照，詳細分析了牛頓法的應用特性。結果表明，在相同的精度約束下，牛頓法計算復雜性小、計算精度高、誤差較小；相對運行速度牛頓法要快4倍以上。這反映出在Pt100鉑熱電阻溫度計算中，牛頓法是一個較好的選擇。
參考文獻
[1]李吉林.90 國際溫標常用熱電偶、熱電阻分度表[M].北京：中國計量出版社，1998.
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[6]傅民倉，馮立杰，袁俊飛.基于PIC單片機的熱敏電阻數字化方法\[J\].現代電子技術，2006，29(5)：76-78.
作者簡介 張 莉 女，1974年出生，漢族，陜西眉縣人，陜西郵電職業技術學院教師，講師，西安電子科技大學在讀碩士研究生。研究方向為計算機網絡、計算機應用。
鉑熱電阻范文2
關鍵詞：熱電阻;結構特點;維護
Abstract: temperature measurement instrument refers to analog temperature sensor thermocouple, heat resistance, semiconductor pn junction, the sampling signal, after amplification by the analog-to-digital converter, the digital display the measured temperature value.
Keywords: thermal resistance; structural characteristics; maintenance
中圖分類號： TF806文獻標識碼：A文章編號：
前言：
熱電阻溫度測量儀表的簡介、結構特點、接線方式、日常維護。
溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業生產和科學實驗中最普通、最重要的熱工參數之一。溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性，來進行間接測量。利用熱平衡原理，我們可以選擇某一物體同被測物體相接觸來測量它的溫度，當兩者達到熱平衡狀態，選擇物體與被測物體的溫度相同，通過對選擇物體的物理量的測量，便可得到被測物體的溫度數值。溫度檢測的傳統方法是使用熱電偶、熱電阻、半導體PN結之類的模擬溫度傳感器，信號經取樣、放大后經模數轉換，以數字顯示出測量的溫度值。
溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；一般的溫度測量儀表都有檢測和顯示兩個部分。在簡單的溫度測量儀表中，這兩部分是連成一體的，如水銀溫度計；在較復雜的儀表中則分成兩個獨立的部分，中間用導線聯接，如熱電偶或熱電阻是檢測部分，而與之相配的指示和記錄儀表是顯示部分。下面來談一談我對熱電阻溫度儀表的認識。
1、熱電阻的測溫原理、特點：
熱電阻是中低溫區常用的一種測溫元件。熱電阻是基于電阻的熱效應進行測量的，即電阻體的阻值隨溫度變化而變化的特性。因此只要測量出感溫熱電阻的阻值變化就可測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。我公司主要使用是鉑熱電阻。
熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、自控系統等套使用。它可以直接測量各種生產過程中從 -200℃ 至 + 600℃ 范圍內的液體、蒸汽和氣體介質及固體表面的溫度。超過600℃的一般選擇熱電偶為測量原件。
（ 1 ） WZ 系列裝配熱電阻：通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成，具有測量精度高，性能穩定可靠等優點。實際運用中以 Pt100 鉑熱電阻運用最為廣泛。
（ 2 ） WZPK 系列鎧裝鉑熱電阻：鎧裝熱電阻是由感溫元件、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它有下列優點：體形細長，熱響應時間快，抗振動，使用壽命長等優點。
（ 3 ）隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把接線盒內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內，生產現場不會引起爆炸。
（ 4 ）端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量表面溫度。）
2、熱電阻的信號線連接方式
熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業用熱電阻安裝在生產現場，與控制室之間存在一定距離，因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。目前熱電阻的引線主要有三種方式
（1）、二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻，引線電阻大小與導線的材質和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合。
（2）、三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根導線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業過程控制中最常用的引線電阻。
（3）、四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流，把電阻轉換成電壓信號，再通過另兩根引線把打壓信號引至二次儀表?？梢娺@種方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。
狀態下可以消除導線電阻的影響。
4、熱電阻溫度儀表的日常維護
配熱電阻溫度儀表在當今科學技術如此發達的今天得到了較理想的運用。那么配熱電阻溫度儀表在企業過程控制中會出現的狀況又有那些呢？環境溫度的影響，材質材料質量的影響，導線電阻內阻串進其熱電阻的影響等等該如何去解決呢？(1) 顯示儀表指示低或者不穩。我們應該拆掉熱電阻溫度儀表接線，檢查熱電阻溫度計的保護管內是不是有了金屬屑、灰塵、接線柱是不是有積灰，另外我們還可以用萬用表測量看是不是熱阻出現了短路的現象，正常熱電阻的阻值在110歐姆左右。
鉑熱電阻范文3
在熱力發電廠中,溫度是非常重要的一個運行參數,直接關系到電廠生產的正常進行和安全保障,例如汽輪機、鍋爐中的溫度都是設備是否正常運行的重要指標,因此在熱力發電廠中需要有大量的溫度測量監測。溫度測量的測量準確度和運行的可靠性,直接關系到鍋爐機組運行的安全性和經濟性。
熱電阻測溫是工業溫度測量中常用的一種方法。由于其測溫范圍廣、不易受干擾、成本相對較低,因此廣泛用于石油、化工、冶金、機械、電力、輕紡、食品、原子能、宇航等工業部門。其測量原理是利用熱電阻效應:大多數金屬在溫度升高時會引起電阻值增大。利用熱電阻效應制作出熱電阻,在工業運用時,先測出熱電阻的電阻值,再由電阻值查找出相應的溫度。常用熱電阻的材料有鉑、銅和鎳,這些材料測溫范圍差異很大(具體的熱電阻溫度傳感器產品的溫度范圍需察看廠家說明):如Pt100,其溫度范圍為-200℃至850℃,而Cu50起范圍只有-50℃~150℃。
本設計是利用熱電阻Pt100對熱力發電廠進行溫度監控,如將Pt100置于發電機鐵芯出風段位置的軛部,用于監測鐵芯溫度。測量數據通過串口傳送給微機,微機對數據進行實時監控,并將數據保存至數據庫,以備隨時查閱與分析。
由熱電阻進行溫度測量是一個比較通用的方法,對窯爐溫度測量、地質勘探探頭的溫度監控等其他領域也可利用該方案。
關鍵詞:
單片機 溫度采集 實時監控 熱敏電阻
目錄:
1 引言 2
2 系統設計 2
2.1系統組成 2
2.2熱電阻測量 3
2.3溫度信號測量方案 4
2.4采樣數據處理 5
2.5數據傳輸方案 5
3 硬件設計 7
4 軟件設計 11
4.1軟件框圖 11
4.2數據采集模塊軟件設計 11
4.3隊列的軟件設計與實現 16
4.4數據處理模塊軟件設計 20
4.5通信模塊軟件設計 22
4.6主函數 32
5 系統聯調 32
5.1 硬件調試 32
鉑熱電阻范文4
關鍵詞:鉑電阻;溫度控制;高精度;自適應PID
中圖分類號:TP368文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)05-101-03
Small High Precision Constant Temperature System
ZHU Yue,XU Xiaohui,SONG Tao,ZHAO Lijun,WANG Meng
(Hebei University of Technology,Tianjin,300401,China)
Abstract:The small high precision constant temperature control system which consists of MCU AT89C51 as controlling core,bridge detecting input and filter amplifier circuit.For the temperature-resistance characteristic curve a Platinum resistor is nonlinear,special current type temperature detect circuit,software side is used to compensate the nonlinear measurement error of the the platinum resistor Pt100 in order to guarantee the temperature measurement precision.Meanwhile the self-adaptive PID control algorithm is adopted to improve the temperature control precision.Heating cooling using device of semiconductor refrigeration.and A-Pt100 temperature sensor,debugging the system repeatedly,measuring a large number of experimental data.The aspects of theory and experiment are reliable.Experimental results show that not only the measurement and control method are feasible but also the precision of this system has achieved a higher requirement.
Keywords:Platinum resistance;temperature control;high-precision;adaptive PID
0 引 言
溫度是工業生產中相當重要的參數之一,溫度檢測和控制的準確性直接影響產品的穩定性和準確性[1]。因此,在很多工業儀器儀表中,對溫度要求嚴格。如在生化儀器中,檢測的是化學和生物方面的物品,溫度對其影響非常大,沒有一個恒定的溫度會使測量結果產生誤差[2]。較高精度的恒溫系統是一個儀表儀器的有力保證。而且現在的儀器都是趨于小型化,便攜化的方向發展,所以研制小型化恒溫系統意義明顯。
針對這一情況,以單片機為控制器核心,對溫度信號進行校正和補償,對溫度控制采用相關優秀算法,并且在實驗中反復調試控制參數,控制器件采用半導體致冷器,它具有小巧,而且同時滿足加熱和制冷功能。使小型恒溫系統達到較高的要求,為解決溫度恒定控制提供了良好的基礎。
1 硬件設計
因為鉑熱電阻化學性能穩定且具有較高的測量精度,所以測溫器件選用A級精度薄膜鉑熱電阻Pt100作為溫度傳感器。電橋采集溫度信號穩定精確,所以采用其作為信號測量電路。采用分辨精度高的16位I2C總線型串行A/D轉換芯片MAX1119[6]。采用INA118儀表式放大芯片,它的性能穩定,放大后數據準確。以AT89C51芯片作為核心控制器件,芯片具有價格便宜,芯片具有高靜電保護,不怕電源抖動。半導體制冷片采用TEC12706。系統原理圖如圖1所示。
圖1 恒溫系統原理框圖
實驗控制對象空間是一個0.16 L空間的區域。用精密鉑熱電阻將溫度信號轉化為電壓信號,通過放大后進入A/D轉換器,然后輸出的數字信號進入單片機,通過軟件進行非線性校正得出溫度數據。同時將所測溫度在LCD上進行顯示,將溫度數據通過PID運算轉化為可調的脈沖寬帶調制波。通過調節PWM波的占空比來調節半導體制冷片的功率,以達到恒定溫度的目的。
1.1 測溫電路部分
電橋選用A級精度的鉑熱電阻Pt100作為溫度傳感器,其他三個電阻選用0.1%的100 Ω的電阻。電位器功能是調節平衡。如圖2所示。
圖2 鉑電阻測溫電橋
儀表放大芯片有很高的輸入阻抗,且其選擇了同相端作為輸入端,則它們的共模輸出電壓和溫度漂移電壓也相等,可以互相抵消,故它有很強的共模抑制比和較小的輸出漂移電壓。為了使放大芯片工作在最佳狀態下,芯片的供電電壓最好要比輸入共模電壓高1.25 V。采用單端供電方式時,選取參考電壓源約為供電電壓的1/2。通過改變電阻Rg的阻值來改變增益。G=50/Rg+1。如圖3所示。
圖3 電壓放大電路
這樣就保證了放大信號進入單片機信號有很好的穩定性、精確性,為能更好控制溫度打下良好基礎。
1.2 控溫電路部分
電橋經過放大電路輸出電壓信號經A/D轉換后送入到單片機,單片機對其進行自校正PID控制,由單片機端口輸出相應的PWM信號。PID控制脈沖寬帶調制PWM波的占空比,通過控制光耦的通斷來控制半導體制冷片的加熱功率。為保證半導體制冷器件正常工作,要求輸入的電源電壓紋波小于10%,且在5 min內不能改變電源的極性[8],因此本系統采取濾波電路,采用兩個分立的控制電路,使得制冷單元和加熱單元完全分開,既能使電壓的紋波達到了要求,又不會突然改變半導體制冷器件電源的極性,使制冷器件的壽命延長。由于光藕輸出電流達不到要求,所以系統加入了場效應管來驅動半導體致冷器。如圖4所示。
圖4 控溫電路
鉑熱電阻范文5
【關鍵詞】油槽；恒溫；穩定性；分析
對恒溫油槽溫場到達恒定溫度點后溫度達到處處相等的時間間隔、溫度均勻的幾何最大范圍、以及在升溫過程中溫度攪拌器攪拌的最佳速度等，到目前為止都是籠統的一個簡單的模糊要求或設計。很顯然：1、溫場溫度到達恒定溫度點后，達到均勻度要求的時間越短越好，時間越長對恒溫設備的穩定性要求就越高；如果根據不同的溫場用某種方法對溫場進行監控，也許在低于10分鐘的時間內就達到要求，由此就可進入下一個環節的操作；2、溫場升溫到指定檢定點并恒定下來的時間長短，除了與加熱速度有關外，主要由攪拌器的攪拌速度決定，如果調整不當，很容易造成溫場溫度振蕩或升溫速度慢，從而造成上述時間大幅度延長且難以恒定下來。
一、恒溫油槽穩定性測試系統的設計
電路組成如下：被測溫場溫度傳感器數據采集儀計算機鍵盤/顯示器/打印機。此過程中測試系統傳感器的輸出信號，經數據采集儀采集并轉換成輸出給電腦，由電腦進行數據處理，并與電腦進行通訊，由此可完成對測試結果的存儲、計算和打印等。
1、被測溫場
采用北京新航科電有限公司生產的ZH1001型恒溫油槽作為被測對象。該油槽由溫度控制系統完成控溫，其基本組成包括核心部件多功能高精度數字電測量儀表、關鍵部件多路自動掃描開關以及計算機打印機及配套軟件，通過控制電路多路接口，將各個智能化功能部件連成系統網絡，屬于目前生產的較先進產品，可作為研究與應用的基礎平臺。
2、溫度傳感器
采用二等標準鉑熱電阻溫度計，因鉑熱電阻的穩定性和線性度均比較好，所以在此采用二等鉑熱電阻做為傳感器。
3、數據采集儀（掃描開關）
采用油槽控制系統自帶配置的10通道掃描開關，掃描開關寄生電勢≤0.4μν
由六位半數字電測儀表進行顯示，其數字電壓表的準確度為0.003%，分辨率0.01μν，同時與電腦進行通訊，具有數據采集、存儲、圖象顯示等功能。
4、控制系統軟件
該軟件系中國北京中航機電研究所開發研制經中國計量研究院授權生產的計量管理軟件，該軟件可通過設置使整個系統處于完全自動工作狀態，各個智能部件完全置于PC機的控制下，按程序自動完成回路自檢、啟動控溫系統加熱恒溫，當溫度穩定達到規程要求時，自動完成數據測量和采集、數據處理和保存并可自動形成結果文件，直至證書打印等，只需要進行鼠標按提示操作即可。
可對玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、鉑熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、以及熱電信號為輸入、輸出信號的二次儀表等通過電腦設置進行自動檢定、管理。本設計中主要應用該軟件對油槽的加熱速度、溫場波動性、溫場穩定性、溫場均勻性進行監測。
二、 恒溫油槽穩定性分析
本論文根據國家質量監督檢驗檢疫總局的環境試驗設備溫度、濕度校準規范進行了大量的實驗，并進行分析研究如下：
1、溫度計插入位置：油槽工作區域的水平平面中心；插入深度：下層距底2cm；攪拌速度：中速；實驗過程溫度：75-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到達設定檢定要求條件后溫場恒溫10分鐘進行記錄數據。通過測試發現：
（1）相同的溫度間隔內，溫度越高其加熱速度越小，到達檢定規定要求的時間越長；（2）在溫場到達整個0.02℃/min后，在設定恒溫時間內溫場波動一直不超過0.02℃/min，因此溫場恒溫時間可視具體情況縮短；（3）該恒溫槽在中心點的溫度控制偏差隨控制溫度的升高而增大，但在1.6℃左右變化。
2、溫度計插入位置：油槽工作區域的側距壁1cm，插入深度：下層距底2cm、攪拌速度：中速，實驗過程溫度：25-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到達設定檢定要求條件后溫場恒溫10分鐘進行記錄數據。通過測試發現：
（1）在200-250℃升溫過程中，出現加熱速度減小，而到達檢定規定要求的時間較短現象；造成原因：溫度越高其熱交換越快，同時側面的位置比中心位置熱交換充分；（2）除了25-100℃過程外，其他溫度段在升溫過程中，溫場到達0.02℃/min后的恒溫時間超過設定時間10分鐘，說明存在短暫的超過0.02℃/min的情況又重新進行調節的過程。但在設定恒溫時間內溫場波動基本不超過0.02℃/min，因此溫場恒溫時間仍可視具體情況縮短；（3）該恒溫槽在側距壁1cm點的溫度控制偏差仍隨控制溫度的升高而增大，但在1.6℃左右；（4）溫場到達0.02℃/min的時間增長（比中心下層2cm）。原因是：該恒溫油槽是通過外加熱電阻絲將部分油加熱后通過攪拌與內桶油進行熱交換，則溫場面積越大，距離中心越遠的位置受熱流影響越大，溫度波動就越頻繁，越不容易穩定下來。
3、溫度計插入位置：油槽工作區域的最外側距壁1cm，插入深度：幾何中心，攪拌速度：中速，實驗過程溫度：58-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到達設定檢定要求條件后溫場恒溫10分鐘進行記錄數據。通過測試發現：
（1）該位置出現溫度波動超過規定0.02℃/min的較多。原因：該恒溫槽的加熱絲在工作區域的最內側，因此，最前位置是熱交換較慢（與內、側位置比）的位置，那么，熱損失影響相對顯得較大，此位置的溫度也就越不容易達到穩定。
（2）最突出的溫度段是200-250℃。原因：恒溫油槽的油到此溫度段期間蒸發速度加大，在加熱攪拌的同時也加速了油槽內油的蒸發，即熱損失影響進一步加大，造成加熱速度臨時性調節加大，致使溫場波動加大，從而造成上述現象出現。
（3）該恒溫槽在最外距壁1cm點的溫度控制偏差仍隨控制溫度的升高而增大，但在1.6℃左右。
通過上述實驗分析發現：出現恒溫時間超長現象，除了上述因素外，還有可能是攪拌速度設置不合適造成的，而在不同的溫度段都設置成統一的攪拌速度顯然存在一定的不科學性。
三、分析結論
在實際計量檢定中或其他應用中，就可以將每個點的恒溫時間縮短最大10min或5-10min（人們習慣用恒溫4min），那么整個檢定過程就可縮短半小時以上，再利用上述實驗結果中的較佳方案進行檢定，則4-5小時可以完成的恒溫過程，有望在3小時以內完成。
參考文獻：
[1] 國家質量技術監督局，JJG1030一91，恒溫槽技術性能測試規范，北京：1991
[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局，JJF1101-2003，環境試驗設備溫度、濕度校準規范，北京：2003.
鉑熱電阻范文6
摘要：本文利用虛擬儀器設計溫度監控系統；實現對加熱爐溫度監控的自動化，介紹了系統的設計原則，軟硬件設計方法，做到實時、遠程、多點的監控。通過對數據的保存，能夠實現歷史數據與實時數據進行比較，作出合理的判斷，提高了系統的安全性、方便性。
關鍵詞：虛擬儀器 溫度控制 LabVIEW
虛擬儀器技術已成為測試、工業I/O和控制、產品設計的主流技術，本設計利用虛擬儀器設計溫度監控系統；實現對爐溫監控的自動化。
1、監控系統的選型設計
傳感器的種類很多，選擇跟實驗要求相匹配的鉑熱電阻傳感器。測溫電路選擇四線制接入測溫傳感器，恒流源選用三端集成恒流源芯片LM334。放大電路和濾波器采用三運放集成儀表放大器AD623實現對信號的精確放大，利用RC電路實現對差分和共模輸入信號的低通濾波。利用數據采集器將采得的數據送入計算機中，利用虛擬儀器強大的軟件處理功能實現對溫度的控制。
2、系統硬件設計
熱電阻和集成溫度傳感器的測溫精度、線性度和可重復性都比較好。這里選用了鉑熱電阻Ptl00作為測溫元件，鉑電阻是最常用的熱電阻傳感器，它具有優良的物理特性，被公認為是溫度敏感元件中準確度和重復性的標準校準元件，信號電路的原理圖如圖1 。
三端可調恒流源器件LM334既可作為恒流器件使用，也可以利用其恒流特性在多個場合做一些特殊使用。設計為溫度傳感器，將溫度變化轉換為電流的變化。用它作為溫度檢測裝置，其優點是成本低、無需精密電壓放大、冷端補償。在并聯穩壓電源中的應用，利用LM334恒流特性的優點不僅能提供穩定電壓，而且能夠快速提供電流。
有源濾波器的濾波特性比無源濾波器的濾波效果要好。但一階低通有源濾波器的濾波特性與理想的低通濾波器特性相比，差距很大。為了使濾波特性更接近于理想情況，可以采用二階低通有源濾波器。
本設計中，放大電路是核心部分，要求放大器能對被測信號進行低失調、低漂移的線性放大。采用三運放集成儀表放大器AD623來實現對信號的精確放大，AD623的輸入阻抗和共模抑制比都非常高，可有效抑制共模信號，放大差分輸入信號。
3、系統軟件部分的設計
Ptl00的溫度特性曲線呈非線性，因采用計算機作系統硬件平臺，采用國標中給出的鉑電阻Rt（t）函數公式，利用公式校正法推導溫度值，能夠獲得極高的測量精度。
利用LabVIEW中的公式節點Formula Node實現二次函數的計算，即可得到被測溫度t。
LabVIEW包括開發虛擬儀器面板的各種對象和進行信號分析的豐富函數，提供了外掛的PID控制工具包。本設計就是利用帶外掛的PID控制工具包的虛擬儀器的一次應用。
本設計的主要工作是如何實現LabVIEW的信號處理和控制。用LabVIEW中的公式節點來解決電壓和溫度之間的轉換。在得到溫度信號后進入PID控制部分，通過PID的控制工具包直接進行控制連接，利用PID工具包來進行控制，在LabVIEW的程序框圖中建立起了整個控制電路。通過撥盤的輸入，調節P、I、D，實現對溫度的控制，最后將控制輸出的信號經過外部電路轉換作用于加熱爐，從而來調節加熱爐的加熱功率，實現對其監控。
利用LabVIEW編程中的寫入文本文件來進行數據的自動存儲。程序中可設定文件存儲路徑和數據的存儲精度以及是否允許追加數據。具體的程序框圖如圖3所示。
4、結束語
基于LabVIEW 的監控系統，能夠做到對溫度的實時監控，并且能夠對溫度進行遠程、多點的監控。通過對數據的保存，能夠實現歷史數據與實時數據進行比較，作出合理的判斷，提高了系統的安全性、方便性。
參考文獻：
[1]翁劍楓.MATLAB LabVIEW SystemView仿真分析基礎[M]，機械工業出版社，2005.
