傳統(tǒng)爐溫數(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)的不斷進步、社會的不斷發(fā)展，各種先進的測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)對于溫度采集的精度要求越來越高，本文主要是研究目前市場上傳統(tǒng)的溫度采集控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀并通過分析得出它們的優(yōu)劣性，為新的高效的爐溫系統(tǒng)的設(shè)計提供幫助。

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

人類的生活同溫度息息相關(guān)，各類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場都需要對溫度進行精準(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)的工藝過程必須控制在一定的溫度條件下才能進行，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，沒有合適的溫度環(huán)境，許多對溫度敏感的電子儀器儀表無法正常啟動運行，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的糧倉需要精確的溫度才能保證儲存的糧食不腐爛變質(zhì)，酒類生產(chǎn)和儲存需要嚴(yán)格的溫控裝置才能保證酒類的品質(zhì)不收到影響。由此可見，研究溫度的精確采集和自動控制是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中非常重要的一個環(huán)節(jié)。

一、溫度測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)熱脹冷縮原理測溫

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

（二）熱點效應(yīng)測溫

利用熱效應(yīng)測溫原理制成的測溫元器件常見的有熱電偶，它也是目前被廣泛應(yīng)用的溫度檢測傳感器，這種檢測裝置也是應(yīng)用的最早的溫度檢測裝置，且因為結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量范圍廣、精度高的特點發(fā)展的非常成熟，但是這種測溫裝置需要進行溫度補償才能夠正確進行溫度控制，這也是它最主要的一個缺點。

（三）熱阻效應(yīng)

利用這種方法的測溫元件常見的有電阻測溫元件，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，進一步轉(zhuǎn)換為溫度的變化，但是缺點是也需要進行溫度補償才能精準(zhǔn)控制溫度。

（四）晶體管測溫

晶體管測溫元件主要利用了半導(dǎo)體二極管和三極管的PN結(jié)電壓和電容對溫度有很高的靈敏度，但缺點是一致性較差，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)過了這樣幾個階段，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?？梢?，智能化是整個溫度采集控制系統(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)重要的一個環(huán)節(jié)，溫度傳感器的性能及可靠性會影響整個系統(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：

（一）熱電阻傳感器

熱電阻傳感器是常見的一種溫度傳感器，它的工作原理很簡單，即將系統(tǒng)檢測到的溫度數(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單，系統(tǒng)構(gòu)成也簡單，但是測量的精度卻很高，性能也較穩(wěn)定。由于測量精度高，原理簡單，這種溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度測量中，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，就必須要考慮其它因素對于溫度的影響，尤其是熱電阻傳感器進線電阻對整個系統(tǒng)性能的影響，通常采用三線制或四線制作為進線可減少對系統(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一定的工藝連接在一起形成具有熱點效應(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到的溫度的變化轉(zhuǎn)換為熱電偶兩端電勢的變化，再配合使用相應(yīng)的信號放大電路及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，進而通過系統(tǒng)實現(xiàn)溫度實時控制。采用熱電偶作為溫度傳感器的系統(tǒng)，它的精度比較高，測量范圍非常廣，且電路構(gòu)造非常簡單，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，目前市場上熱電偶傳感器的種類、型號非常多，選擇時必須要結(jié)合溫度采集控制系統(tǒng)對于精度、靈敏度、可靠性、實時性、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)溫度檢測系統(tǒng)的溫度之間建立相關(guān)的聯(lián)系來進行溫度測量的一種器件。這種溫度傳感器和外圍驅(qū)動電路、信號處理電路集成在一塊芯片上，特點是體積小、使用非常方便、線性程度高、測量精度高。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)境溫度的檢測和溫度補償。

（四）半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬信號逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，因此在溫度檢測系統(tǒng)中也出現(xiàn)了半導(dǎo)體數(shù)字溫度傳感器，主要用于組成自動溫度控制系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)代電氣自動化技術(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接口連接時需要另外設(shè)置信號轉(zhuǎn)換電路的缺陷，正式因為這一特點，數(shù)字溫度控制系統(tǒng)廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)控制、電子溫度測量、醫(yī)療儀器測溫等需要精度較高的測溫系統(tǒng)中。

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

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

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