传统炉温数据采集控制系统现状研究

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　　【摘要】温度是工农业生产中的重要参数之一，也是人类生活中不可或缺的重要条件之一。随着科学技术的不断进步、社会的不断发展，各种先进的测量温度的仪器在各行各业得到了广泛的应用。温度采集系统已经应用到人们生活的方方面面，工农业生产、生活的各行各业对于温度采集的精度要求越来越高，本文主要是研究目前市场上传统的温度采集控制系统的现状并通过分析得出它们的优劣性，为新的高效的炉温系统的设计提供帮助。
　　【关键词】传统   炉温数据采集   现状   研究
　　人类的生活同温度息息相关，各类工农业生产现场都需要对温度进行精准的控制，例如，工业环境中的发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内，许多化学反应的工艺过程必须控制在一定的温度条件下才能进行，炼油厂的原油必须在一定的温度和压力条件下才能按照设定的程序分离出汽油、柴油，没有合适的温度环境，许多对温度敏感的电子仪器仪表无法正常启动运行，农业生产中的粮仓需要精确的温度才能保证储存的粮食不腐烂变质，酒类生产和储存需要严格的温控装置才能保证酒类的品质不收到影响。由此可见，研究温度的精确采集和自动控制是工农业生产和生活中非常重要的一个环节。
　　一、温度测量技术的发展现状
　　（一）传统热胀冷缩原理测温
　　这种测温方法最常见的就是水银体温计，至今仍然被广泛采用，它最大的缺点是需要近距离观测、易碎，且水银是有毒物质，温度计破碎后有危险。
　　（二）热点效应测温
　　利用热效应测温原理制成的测温元器件常见的有热电偶，它也是目前被广泛应用的温度检测传感器，这种检测装置也是应用的最早的温度检测装置，且因为结构简单、操作方便、测量范围广、精度高的特点发展的非常成熟，但是这种测温装置需要进行温度补偿才能够正确进行温度控制，这也是它最主要的一个缺点。
　　（三）热阻效应
　　利用这种方法的测温元件常见的有电阻测温元件，它的工作原理是利用感温元件的电阻变化的性质，将电阻的变化用仪器仪表显示出来，进一步转换为温度的变化，但是缺点是也需要进行温度补偿才能精准控制温度。
　　（四）晶体管测温
　　晶体管测温元件主要利用了半导体二极管和三极管的PN结电压和电容对温度有很高的灵敏度，但缺点是一致性较差，且不易做到互换，而且PN结的特性容易受到外界辐射的影响，稳定性较差。
　　二、单片机温度采集控制系统
　　这种温度采集系统中最为关键核心的部件就是温度传感器，温度传感器的发展大致經过了这样几个阶段，即传统的分离式传感器，模拟集成温度传感器、智能温度传感器。可见，智能化是整个温度采集控制系统发展的最终方向。在温度采集控制系统中，如何合理选择温度传感器是至关重要的一个环节，温度传感器的性能及可靠性会影响整个系统的性能和可靠性。传感器的选择受到很多方面因素的影响和制约，最为重要的因素就是精度，常用的温度传感器有如下几类：
　　（一）热电阻传感器
　　热电阻传感器是常见的一种温度传感器，它的工作原理很简单，即将系统检测到的温度数据的变换转化为电阻数值的变化，被测量系统的温度的变化是直接反应为电阻的阻值的变化的。这种温度传感器虽然工作原理简单，系统构成也简单，但是测量的精度却很高，性能也较稳定。由于测量精度高，原理简单，这种温度传感器被广泛应用于工业生产现场的温度测量中，并被制作为基准仪。
　　由于此种温度传感器采用将温度的变换直接转换为电阻阻值的变换，因此在温度控制系统中如果采用热电阻传感器作为温度传感器的话，就必须要考虑其它因素对于温度的影响，尤其是热电阻传感器进线电阻对整个系统性能的影响，通常采用三线制或四线制作为进线可减少对系统电阻值得影响。
　　（二）热电偶传感器
　　所谓的热电偶传感器，是将两种不同材料的金属通过一定的工艺连接在一起形成具有热点效应原理的一种温度传感器。热电偶传感器的工作原理是将检测到的温度的变化转换为热电偶两端电势的变化，再配合使用相应的信号放大电路及I＼O转换装置将这种温度变化输出给系统中的上位机，进而通过系统实现温度实时控制。采用热电偶作为温度传感器的系统，它的精度比较高，测量范围非常广，且电路构造非常简单，成本较低，因此这种温度传感器应用非常广泛。但需要注意的是，目前市场上热电偶传感器的种类、型号非常多，选择时必须要结合温度采集控制系统对于精度、灵敏度、可靠性、实时性、稳定性等条件的具体要求，合理选择。
　　（三）半导体集成模拟温度传感器
　　半导体集成模拟温度传感器是利用半导体元器件的PN结的电流和电压同系统温度检测系统的温度之间建立相关的联系来进行温度测量的一种器件。这种温度传感器和外围驱动电路、信号处理电路集成在一块芯片上，特点是体积小、使用非常方便、线性程度高、测量精度高。通常这种半导体集成模拟温度传感器集成在AD595芯片上，一般用于室温或者是环境温度的检测和温度补偿。
　　（四）半导体集成数字温度传感器
　　随着科学技术的不断进步和发展，传统的模拟信号逐渐转变为数字信号，因此在温度检测系统中也出现了半导体数字温度传感器，主要用于组成自动温度控制系统，以适应现代电气自动化技术的发展。数字温度传感器可以和各种微处理器的IO接口连接，它可以克服模拟温度传感器同IO接口连接时需要另外设置信号转换电路的缺陷，正式因为这一特点，数字温度控制系统广泛地被应用于工业控制、电子温度测量、医疗仪器测温等需要精度较高的测温系统中。
　　综上所述，传统的炉温数据采集控制系统由于结构、精度、响应速度、性价比等等因素有些已经不能适应工业生产和自动化控制系统的快速发展了，需要根据不同的温度控制系统的要求进行适当的整改、优化才能精确地进行温度控制和相关其它控制。
　　基金项目：2019年衡阳市科学技术局指导性科技计划项目“基于DSP的炉温数据采集控制系统的设计”（课题受理编号： 2019jh010907）的研究成果。
　　作者简介：高慧（1982.12-），女，硕士，湖南财经工业职业技术学院教师。
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