PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：PT100鉑熱電阻溫度因其穩(wěn)定性高、測溫精度高、溫度監(jiān)測區(qū)間廣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監(jiān)測系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹了溫度監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案、PT100功能與原理、溫度監(jiān)控模塊的功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則,最終實(shí)現(xiàn)了離心泵實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測反饋。
0引言
　　為實(shí)現(xiàn)工程中系統(tǒng)設(shè)備有效預(yù)警與故障檢測,一般根據(jù)設(shè)備功能與特點(diǎn)實(shí)施有效監(jiān)測方案，例如溫度監(jiān)測、濕度監(jiān)測、電流監(jiān)測、電壓監(jiān)測、旋向監(jiān)測、位移監(jiān)測等,通過設(shè)備運(yùn)行溫度的監(jiān)測，判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行,判斷方法簡易且可操作性強(qiáng),因此,相比之下其它設(shè)備監(jiān)測手段溫度監(jiān)控方案應(yīng)用更為廣泛。
　　回顧工程中設(shè)備溫度監(jiān)測發(fā)展的歷程,主要經(jīng)過溫度計(jì)監(jiān)測計(jì)量算法階段、溫度傳感器應(yīng)用階段后溫度傳感器改良階段(精度高)。
　　最初的經(jīng)驗(yàn)算法階段,監(jiān)測操作人員根據(jù)對被監(jiān)測設(shè)備功能與結(jié)構(gòu)的理解,選定最具代表性的監(jiān)測點(diǎn)，通過對設(shè)備表面或其依靠的工作介質(zhì)進(jìn)行定期取樣,根據(jù)樣本數(shù)與溫度實(shí)測值利用統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算公式確定溫度監(jiān)測值。此種方法受設(shè)備結(jié)構(gòu)、監(jiān)測環(huán)境的限制,并且監(jiān)測精度、監(jiān)測效率都很低。
　　伴隨著傳感器技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展與成熟應(yīng)用,通過簡易的傳感器電路設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)監(jiān)測物溫度的測量,熱敏電阻在其中發(fā)揮了舉足輕重的作用。較“溫度計(jì)經(jīng)驗(yàn)算法監(jiān)測手段”,溫度測量的精度以及測量效率顯著提高,但依然未能完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、缺乏系統(tǒng)性導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)不全面和滯后性'。
　　科研技術(shù)人員通過對傳感器結(jié)構(gòu)與材料研究與升級,將芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)高度融合，為高集成性、精度高、高安全可靠性的溫度傳感器的出現(xiàn)提供了先決條件。在此基礎(chǔ)上結(jié)合PLC、單片機(jī)等工控技術(shù),利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制算法,最終實(shí)現(xiàn)了智能反饋、人機(jī)交換界面,實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測設(shè)備高效溫度監(jiān)控、精度高溫度監(jiān)控、實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控、智能反饋預(yù)警,提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性與安全性，降低設(shè)備維護(hù)成本。
例子為基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監(jiān)測系統(tǒng),通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警,保證設(shè)備運(yùn)行可靠性與安全性,以節(jié)約維修成本。.
1溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體方案
　　如圖1所示，基于PT100的離心泵溫度監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測、發(fā)出設(shè)備預(yù)警、溫度調(diào)控(通過設(shè)備工作狀態(tài)切換實(shí)現(xiàn))、串口通信、現(xiàn)場手控等主要功能。
 
　　溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體方案見圖2.主要由pc監(jiān)測.232與485串口轉(zhuǎn)換模塊、串行式RS485總線、高心泵溫度監(jiān)測點(diǎn)(3處)、離心泵配套電機(jī)、離心泵配套電機(jī)測溫接線盒、離心泵本體及進(jìn)、出口管道組成。
 
　　為了全面整體的監(jiān)測離心泵設(shè)備,利用串行式RS485總線，將分別布置在離心泵的電機(jī)部分(主要在電機(jī)繞組間設(shè)置PT100溫度計(jì)，再由接線盒引出)、泵本體進(jìn)口管道、泵本體出口管道的溫度監(jiān)測點(diǎn)并行工作,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體布控功能。通過這三個(gè)溫度測點(diǎn)對電機(jī)發(fā)熱情況、離.心泵進(jìn)出口介質(zhì)進(jìn)行溫度周期性采樣,在通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊完成對設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測溫度超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí),系統(tǒng)會給蜂警聲響和完成預(yù)警燈的“暗明”亮度轉(zhuǎn)換。通過PC控制端的監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)切換以完成對溫度的調(diào)控，同時(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場設(shè)置手動轉(zhuǎn)換,現(xiàn)場控制柜可顯示溫度數(shù)值。
2離心泵測溫系統(tǒng)監(jiān)控模塊與系統(tǒng)監(jiān)測反饋實(shí)現(xiàn)
　　離心泵測溫系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)包括溫度阻值采樣溫度測量放大、24位A/D轉(zhuǎn)換、多繼電器控制電路、485通信、單片機(jī),其中單片機(jī)是整個(gè)監(jiān)控橫塊的核心,旋轉(zhuǎn)8位AVR芯片,具有高性能低功耗特點(diǎn),同時(shí)三個(gè)高效跳線數(shù)據(jù)接口能夠快速準(zhǔn)確的接受經(jīng)由485通信線傳遞的溫度阻值采樣值,在單片機(jī)內(nèi)部還設(shè)置了工作狀態(tài)指示燈,確保系統(tǒng)的正常工作和故障的診斷,見圖3。經(jīng)三線制PT100測得的阻值信號需經(jīng)信號放大A/D(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換)信號轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)變成單片及識別的信號指令。
　　為了實(shí)現(xiàn)對離心泵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋,基于微處理器內(nèi)部的邏輯單元、門電路編寫單片機(jī)代碼,借助多組集成式繼電器電路,實(shí)現(xiàn)預(yù)警揚(yáng)聲-預(yù)警燈顯示、離心泵工作狀態(tài)切換,3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)預(yù)警值為110℃(電機(jī)監(jiān)測點(diǎn))、60℃(離心泵本體入口)、60℃(離心泵泵體出口),當(dāng)超出預(yù)警值5℃范圍內(nèi)觸發(fā)預(yù)警揚(yáng)聲與指示燈顯示、當(dāng)超出預(yù)警值10℃范圍內(nèi)離心泵工作狀態(tài)切換到.低速、低功率狀態(tài)，當(dāng)超出預(yù)警值15℃觸發(fā)停車操作,以保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。
 
3PT100鉑熱電阻功能與原理
　　PT100鉑熱電阻廣泛的應(yīng)用于電機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、航空航天、船舶制造等工業(yè)領(lǐng)域,其具有溫度檢測精度高、溫度識別區(qū)間大抗弱電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢得到使用領(lǐng)域的廣泛共識,同時(shí)在采集溫度信號穩(wěn)定性高(主要體現(xiàn)在阻止信號分割溫度值的極高線性度),以上幾方面的優(yōu)勢決定其在眾多測溫原件中占據(jù)重要位置。測溫區(qū)間般為-250℃至650℃，其原理依據(jù)鉑金屬隨溫度升高阻值隨多項(xiàng)式遞增,當(dāng)被測溫度在0℃以下應(yīng)用折算式(1),在0℃以上用折算式(2)
RT=R0+[1+αT+bT²+cT²(T-100)](1)
RT=R0(1+αT+bT²)(2)
　　式中,RT不同溫度對應(yīng)的熱電阻值;R0~0℃對應(yīng)的阻值即100Ω;a、b、c-為多項(xiàng)式差值系數(shù)。
　　表1中,結(jié)選整理了0℃~200℃，溫度與阻值的對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)分度表實(shí)測阻值可確定溫度數(shù)值。
 
　　在鉑熱電阻選用時(shí),根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場所選擇不同“線制”電阻測量方法的鉑熱電阻以達(dá)到相應(yīng)的測量精度,-般分為二線制、三線制、四線制，精度由低到高,如圖4所示3種不同線制電阻測量方法的鉑熱電阻結(jié)構(gòu)。
 
4結(jié)語
　　介紹了工程設(shè)備溫度監(jiān)測、采樣的發(fā)展歷程，著重強(qiáng)調(diào)了芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)高度融合后.即溫度傳感器改良階段的突出優(yōu)勢,并以基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監(jiān)測系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹了溫度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,闡述了PT100功能與原理以及在測溫原件中的優(yōu)勢地位,最后通過對溫度監(jiān)控模塊的功能、結(jié)構(gòu)的介紹,說明了該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測反饋功能的實(shí)現(xiàn)形式，保證了設(shè)備運(yùn)行可靠性與安全性，節(jié)約了維修成本。