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铂热电阻范文1
关键词：Pt100热电阻；牛顿法；二分法；特性分析
中图分类号：TN304 文献标识码：B
文章编号：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 铂热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用，可直接测量各种生产过程中的-200 ℃～850 ℃范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。Pt100 铂电阻具有抗震性能好、测温范围广、测量精度高、机械强度高、耐压性能好等特点，且电阻率较大，其电阻Rt与温度t的关系为正比例系数的单调函数，实际测量中有良好的重复性。因此其工业应用非常广泛。
在使用Pt100铂热电阻进行温度计算的应用时，已知温度t计算出电阻值Rt的函数Rt(t)已经存在，参见文献[1]；然而，在实际工程项目中，一般是测量得到电阻值Rt，需要经过换算得到与之对应的温度值t，也就是需要求解Rt(t)的反函数。通常有数值和解析2类方法，而数值法在工控计算中得到了广泛应用，因此，详细分析Pt100铂热电阻温度数值算法的计算特性，具有重要的应用意义。
本文针对Pt100热电阻计算，采用牛顿法，在C语言编程环境下解决了Rt-t关系计算问题。为了探讨该方法的应用特点，以二分法为参照，在程序结构、计算复杂性、绝对计算精度、以及相对运行速度等方面进行详细的对比分析。
2 Pt100铂热电阻温度计算
2.1 计算关系式
根据文献[1]，由温度计算阻值的公式如式(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，参数：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。
从式(1)可以看出，已知Rt计算t分为2段。在t∈ (0，850]区间，是一元二次方程求根问题，有解析关系式的定解，不是本文探讨的关键；而在t∈[-200，0]区间，已知Rt求t，是一元四次方程求根问题。
理论上，一元四次方程可以有解析解，但解析推导过程较为复杂，同时还需要在多个根中排除复根，以及判断合理的实根等。本文采用数值方法(以牛顿法为代表)来解决该区间四次多项式的求根问题。
一般来说，用数值方法进行多项式求根，大致需要3个步骤：
(1)判定根的存在性；
(2)确定根的分布范围，即将每一个根用区间隔离开；
(3)根的精确化，即根据根的初始近似值按某种方法逐步精确化，直至满足预先要求的精度为止。
一般的多项式，判定其根的存在性需要证明。而在这个问题中，由其特定的工程物理背景，这里可以肯定，在[-200，0] 和(0，850]两个区间内，实根是确定存在的。
根据式(1)，得到f(t)：
Иf(t) = t4-100t3 + BCt2 + ACt + 1C(1-RtR0 )(2)И
其中，参数R0，A，B，C与式(1)相同。则已知Rt求t的问题，转化为求f(t)=0的方程求根问题。方程求根常用的数值计算方法，有二分法、切线法(牛顿法)和弦截法等。
2.2 二分法和牛顿法的计算过程分析
2.2.1 二分法的计算步骤
二分法的计算步骤为：
(1) 输入有根区间的端点a，b及预先给定的精度ε；
(2)(a + b) /2 赋予x；
(3)若f(a)f(x)
(4)若b-a
2.2.2 牛顿法的计算步骤
牛顿法的计算步骤为：
(1) 给出初始近似根x0及精度ε；
(2) 计算x0-f(x0)f′(x0)=x1；
(3) 若|x1-x0|
(4) 输出满足精度的根x1，结束。
牛顿法的特点是计算函数必须可导，需要计算导数，由(2)可得：
Иf′(x)=4x3-300x2+2BCx+AC(3)И
能够满足牛顿法应用的要求。
3 牛顿法与二分法计算特性分析
3.1 程序结构
从流程图(见图1)可以看出，二分法算出一个满足精度要求的解，需要在给定的区间内，取中点计算x对应的f(x)，满足精度要求就可结束，编程实现比较容易。牛顿法需要先求函数的导数。对有的问题来讲，原函数可能不可导，或者求导之后，导数更复杂，不便于编程实现。本项目中求导之后的Rt ～ t两者之间的导数关系式见式(3)，比原函数简单，编程实现是可行的。总的来说，2种方法的程序结构相当。
3.2 计算复杂性分析
根据图1，要达到求解问题限定的精度，需要迭代一定的次数。一般来说，在相同的精度约束下，算法的迭代次数越少，算法的应用特性越好。
图1 二分法与牛顿法的流程图
本文根据图1，在VC 6.0环境下，设计计算程序，并根据程序运行实际结果，分析牛顿法与二分法的迭代情况。在温度t的[-200，0]区间，采用相同的精度ε约束，每0.1度取一组t，Rt数据点进行检验计算，统计两种方法所需的最大迭代次数。统计结果如表1所示。
表1 计算精度ε与数值计算最大迭代次数关系
从表1的对比可以看出，牛顿法用较少的次数(最大4次)迭代，就能够达到需要的精度；并且算法性能稳定，对计算精度Е诺谋浠不敏感。而二分法所用的最大迭代次数较多，而且随着精度的提高，最大迭代次数显著增加。
3.3 绝对计算精度分析
衡量一个算法是否准确，计算精度是非常重要的约束条件。在同等量级的精度ε约束下，近似根的实际误差按算法不同而有实际差异，计算精度高的算法有更好的实用价值。
以前述程序为准，在温度t的[-200，0]区间，每0.1 ℃取一组t，Rt数据点，在相同的精度ε=1×10-3约束下计算，分析2种方法的最大误差。
对结果选取有代表性的部分数据点，进行图2所示的对比。
图2 精度误差分析图
从精度误差分析可以看出，在相同的精度约束下，牛顿法的误差非常小，图2中所列出的是数据点中，牛顿法误差较明显的部分数据，误差基本都在1×10-11量级，比给定的ε=1×10-3低7个量级，精度特性非常好；与之相比，二分法的误差虽然满足ε约束，但几乎处于同一量级(图见约0.8×10-3，与1×10-3的ε非常接近)；同时，二分法相邻数据点的误差，分列于正负两侧，呈现明显的锯齿形振荡。
3.4 相对运行速度比较
衡量一个算法是否优秀，运行速度是必不可少的判定条件。运行速度快的算法有更高的实用价值。以二分法为参照，分析牛顿法的运行速度，有很大实用意义。
同样以前述程序为基础，在t的[-200，0]区间，均匀抽取数据点，限定精度ε，完成同样次数的循环(2 000 000次)，记录运行时间，得到结果如表2所示。
表2 相对运行速度比较
从速度比较看出，在相同的精度要求下，牛顿法程序运行时间明显少于二分法；随着精度要求的提高，牛顿法所需时间变化不明显，而二分法所需时间则明显变长。计算精度ε越高，二分法的运行时间越长。二分法所需时间至少是牛顿法的4倍以上。
牛顿法每次迭代，需要完成约22次浮点乘法和9次加法。而二分法的1次迭代需要完成约25次浮点乘法和11次加法。从单次迭代的计算量来看，二分法稍多，但区别不大。然而，由于算法本身的特性，二分法迭代次数的比牛顿法多4倍以上，导致二分法实际用时要比牛顿法长很多。
4 结 语
一元多次方程的求解问题在实际使用中非常普遍。根据阿贝尔定理，5次及更高次的代数方程没有一般的代数解法，这样的方程，不能由方程的系数经过有限次四则运算和开方运算求根。也就是说，在工程运算中，解析法难以求解5次以上的高次方程，这时，数值求根就成了工程技术人员的第一选择。二分法和牛顿法作为基本的计算机编程方法，他们的特点比较明显。二分法对函数要求较低，在所求区间只要确证有根，就能以很稳定的速度在不断减小的区间找到满足精度要求的近似解。而牛顿法虽然要比二分法优异很多，但要求函数必须可导。当导函数要比函数本身简单时，牛顿法能快速准确地计算出高精度的近似解。
本文针对Pt100铂热电阻温度计算问题，以二分法为参照，详细分析了牛顿法的应用特性。结果表明，在相同的精度约束下，牛顿法计算复杂性小、计算精度高、误差较小；相对运行速度牛顿法要快4倍以上。这反映出在Pt100铂热电阻温度计算中，牛顿法是一个较好的选择。
参考文献
[1]李吉林.90 国际温标常用热电偶、热电阻分度表[M].北京：中国计量出版社，1998.
[2]国家计量总局.计量器具检定规程汇编(温度部分)[M].北京：国家计量总局，1983.
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[6]傅民仓，冯立杰，袁俊飞.基于PIC单片机的热敏电阻数字化方法\[J\].现代电子技术，2006，29(5)：76-78.
作者简介 张 莉 女，1974年出生，汉族，陕西眉县人，陕西邮电职业技术学院教师，讲师，西安电子科技大学在读硕士研究生。研究方向为计算机网络、计算机应用。
铂热电阻范文2
关键词：热电阻;结构特点;维护
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
中图分类号： TF806文献标识码：A文章编号：
前言：
热电阻温度测量仪表的简介、结构特点、接线方式、日常维护。
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普通、最重要的热工参数之一。温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性，来进行间接测量。利用热平衡原理，我们可以选择某一物体同被测物体相接触来测量它的温度，当两者达到热平衡状态，选择物体与被测物体的温度相同，通过对选择物体的物理量的测量，便可得到被测物体的温度数值。温度检测的传统方法是使用热电偶、热电阻、半导体PN结之类的模拟温度传感器，信号经取样、放大后经模数转换，以数字显示出测量的温度值。
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；一般的温度测量仪表都有检测和显示两个部分。在简单的温度测量仪表中，这两部分是连成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分，中间用导线联接，如热电偶或热电阻是检测部分，而与之相配的指示和记录仪表是显示部分。下面来谈一谈我对热电阻温度仪表的认识。
1、热电阻的测温原理、特点：
热电阻是中低温区常用的一种测温元件。热电阻是基于电阻的热效应进行测量的，即电阻体的阻值随温度变化而变化的特性。因此只要测量出感温热电阻的阻值变化就可测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。我公司主要使用是铂热电阻。
热电阻通常和显示仪表、记录仪表、自控系统等套使用。它可以直接测量各种生产过程中从 -200℃ 至 + 600℃ 范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。超过600℃的一般选择热电偶为测量原件。
（ 1 ） WZ 系列装配热电阻：通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，具有测量精度高，性能稳定可靠等优点。实际运用中以 Pt100 铂热电阻运用最为广泛。
（ 2 ） WZPK 系列铠装铂热电阻：铠装热电阻是由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它有下列优点：体形细长，热响应时间快，抗振动，使用寿命长等优点。
（ 3 ）隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把接线盒内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。
（ 4 ）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量表面温度。）
2、热电阻的信号线连接方式
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式
（1）、二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法简单，但由于连接导线必然存在引线电阻，引线电阻大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。
（2）、三线制：在热电阻的根部的一端连接一根导线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中最常用的引线电阻。
（3）、四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流，把电阻转换成电压信号，再通过另两根引线把打压信号引至二次仪表。可见这种方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
状态下可以消除导线电阻的影响。
4、热电阻温度仪表的日常维护
配热电阻温度仪表在当今科学技术如此发达的今天得到了较理想的运用。那么配热电阻温度仪表在企业过程控制中会出现的状况又有那些呢？环境温度的影响，材质材料质量的影响，导线电阻内阻串进其热电阻的影响等等该如何去解决呢？(1) 显示仪表指示低或者不稳。我们应该拆掉热电阻温度仪表接线，检查热电阻温度计的保护管内是不是有了金属屑、灰尘、接线柱是不是有积灰，另外我们还可以用万用表测量看是不是热阻出现了短路的现象，正常热电阻的阻值在110欧姆左右。
铂热电阻范文3
在热力发电厂中,温度是非常重要的一个运行参数,直接关系到电厂生产的正常进行和安全保障,例如汽轮机、锅炉中的温度都是设备是否正常运行的重要指标,因此在热力发电厂中需要有大量的温度测量监测。温度测量的测量准确度和运行的可靠性,直接关系到锅炉机组运行的安全性和经济性。
热电阻测温是工业温度测量中常用的一种方法。由于其测温范围广、不易受干扰、成本相对较低,因此广泛用于石油、化工、冶金、机械、电力、轻纺、食品、原子能、宇航等工业部门。其测量原理是利用热电阻效应:大多数金属在温度升高时会引起电阻值增大。利用热电阻效应制作出热电阻,在工业运用时,先测出热电阻的电阻值,再由电阻值查找出相应的温度。常用热电阻的材料有铂、铜和镍,这些材料测温范围差异很大(具体的热电阻温度传感器产品的温度范围需察看厂家说明):如Pt100,其温度范围为-200℃至850℃,而Cu50起范围只有-50℃~150℃。
本设计是利用热电阻Pt100对热力发电厂进行温度监控,如将Pt100置于发电机铁芯出风段位置的轭部,用于监测铁芯温度。测量数据通过串口传送给微机,微机对数据进行实时监控,并将数据保存至数据库,以备随时查阅与分析。
由热电阻进行温度测量是一个比较通用的方法,对窑炉温度测量、地质勘探探头的温度监控等其他领域也可利用该方案。
关键词:
单片机 温度采集 实时监控 热敏电阻
目录:
1 引言 2
2 系统设计 2
2.1系统组成 2
2.2热电阻测量 3
2.3温度信号测量方案 4
2.4采样数据处理 5
2.5数据传输方案 5
3 硬件设计 7
4 软件设计 11
4.1软件框图 11
4.2数据采集模块软件设计 11
4.3队列的软件设计与实现 16
4.4数据处理模块软件设计 20
4.5通信模块软件设计 22
4.6主函数 32
5 系统联调 32
5.1 硬件调试 32
铂热电阻范文4
关键词:铂电阻;温度控制;高精度;自适应PID
中图分类号:TP368文献标识码:A
文章编号: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
温度是工业生产中相当重要的参数之一,温度检测和控制的准确性直接影响产品的稳定性和准确性[1]。因此,在很多工业仪器仪表中,对温度要求严格。如在生化仪器中,检测的是化学和生物方面的物品,温度对其影响非常大,没有一个恒定的温度会使测量结果产生误差[2]。较高精度的恒温系统是一个仪表仪器的有力保证。而且现在的仪器都是趋于小型化,便携化的方向发展,所以研制小型化恒温系统意义明显。
针对这一情况,以单片机为控制器核心,对温度信号进行校正和补偿,对温度控制采用相关优秀算法,并且在实验中反复调试控制参数,控制器件采用半导体致冷器,它具有小巧,而且同时满足加热和制冷功能。使小型恒温系统达到较高的要求,为解决温度恒定控制提供了良好的基础。
1 硬件设计
因为铂热电阻化学性能稳定且具有较高的测量精度,所以测温器件选用A级精度薄膜铂热电阻Pt100作为温度传感器。电桥采集温度信号稳定精确,所以采用其作为信号测量电路。采用分辨精度高的16位I2C总线型串行A/D转换芯片MAX1119[6]。采用INA118仪表式放大芯片,它的性能稳定,放大后数据准确。以AT89C51芯片作为核心控制器件,芯片具有价格便宜,芯片具有高静电保护,不怕电源抖动。半导体制冷片采用TEC12706。系统原理图如图1所示。
图1 恒温系统原理框图
实验控制对象空间是一个0.16 L空间的区域。用精密铂热电阻将温度信号转化为电压信号,通过放大后进入A/D转换器,然后输出的数字信号进入单片机,通过软件进行非线性校正得出温度数据。同时将所测温度在LCD上进行显示,将温度数据通过PID运算转化为可调的脉冲宽带调制波。通过调节PWM波的占空比来调节半导体制冷片的功率,以达到恒定温度的目的。
1.1 测温电路部分
电桥选用A级精度的铂热电阻Pt100作为温度传感器,其他三个电阻选用0.1%的100 Ω的电阻。电位器功能是调节平衡。如图2所示。
图2 铂电阻测温电桥
仪表放大芯片有很高的输入阻抗,且其选择了同相端作为输入端,则它们的共模输出电压和温度漂移电压也相等,可以互相抵消,故它有很强的共模抑制比和较小的输出漂移电压。为了使放大芯片工作在最佳状态下,芯片的供电电压最好要比输入共模电压高1.25 V。采用单端供电方式时,选取参考电压源约为供电电压的1/2。通过改变电阻Rg的阻值来改变增益。G=50/Rg+1。如图3所示。
图3 电压放大电路
这样就保证了放大信号进入单片机信号有很好的稳定性、精确性,为能更好控制温度打下良好基础。
1.2 控温电路部分
电桥经过放大电路输出电压信号经A/D转换后送入到单片机,单片机对其进行自校正PID控制,由单片机端口输出相应的PWM信号。PID控制脉冲宽带调制PWM波的占空比,通过控制光耦的通断来控制半导体制冷片的加热功率。为保证半导体制冷器件正常工作,要求输入的电源电压纹波小于10%,且在5 min内不能改变电源的极性[8],因此本系统采取滤波电路,采用两个分立的控制电路,使得制冷单元和加热单元完全分开,既能使电压的纹波达到了要求,又不会突然改变半导体制冷器件电源的极性,使制冷器件的寿命延长。由于光藕输出电流达不到要求,所以系统加入了场效应管来驱动半导体致冷器。如图4所示。
图4 控温电路
铂热电阻范文5
【关键词】油槽；恒温；稳定性；分析
对恒温油槽温场到达恒定温度点后温度达到处处相等的时间间隔、温度均匀的几何最大范围、以及在升温过程中温度搅拌器搅拌的最佳速度等，到目前为止都是笼统的一个简单的模糊要求或设计。很显然：1、温场温度到达恒定温度点后，达到均匀度要求的时间越短越好，时间越长对恒温设备的稳定性要求就越高；如果根据不同的温场用某种方法对温场进行监控，也许在低于10分钟的时间内就达到要求，由此就可进入下一个环节的操作；2、温场升温到指定检定点并恒定下来的时间长短，除了与加热速度有关外，主要由搅拌器的搅拌速度决定，如果调整不当，很容易造成温场温度振荡或升温速度慢，从而造成上述时间大幅度延长且难以恒定下来。
一、恒温油槽稳定性测试系统的设计
电路组成如下：被测温场温度传感器数据采集仪计算机键盘/显示器/打印机。此过程中测试系统传感器的输出信号，经数据采集仪采集并转换成输出给电脑，由电脑进行数据处理，并与电脑进行通讯，由此可完成对测试结果的存储、计算和打印等。
1、被测温场
采用北京新航科电有限公司生产的ZH1001型恒温油槽作为被测对象。该油槽由温度控制系统完成控温，其基本组成包括核心部件多功能高精度数字电测量仪表、关键部件多路自动扫描开关以及计算机打印机及配套软件，通过控制电路多路接口，将各个智能化功能部件连成系统网络，属于目前生产的较先进产品，可作为研究与应用的基础平台。
2、温度传感器
采用二等标准铂热电阻温度计，因铂热电阻的稳定性和线性度均比较好，所以在此采用二等铂热电阻做为传感器。
3、数据采集仪（扫描开关）
采用油槽控制系统自带配置的10通道扫描开关，扫描开关寄生电势≤0.4μν
由六位半数字电测仪表进行显示，其数字电压表的准确度为0.003%，分辨率0.01μν，同时与电脑进行通讯，具有数据采集、存储、图象显示等功能。
4、控制系统软件
该软件系中国北京中航机电研究所开发研制经中国计量研究院授权生产的计量管理软件，该软件可通过设置使整个系统处于完全自动工作状态，各个智能部件完全置于PC机的控制下，按程序自动完成回路自检、启动控温系统加热恒温，当温度稳定达到规程要求时，自动完成数据测量和采集、数据处理和保存并可自动形成结果文件，直至证书打印等，只需要进行鼠标按提示操作即可。
可对玻璃液体温度计、压力式温度计、铂热电阻、热敏电阻、热电偶、以及热电信号为输入、输出信号的二次仪表等通过电脑设置进行自动检定、管理。本设计中主要应用该软件对油槽的加热速度、温场波动性、温场稳定性、温场均匀性进行监测。
二、 恒温油槽稳定性分析
本论文根据国家质量监督检验检疫总局的环境试验设备温度、湿度校准规范进行了大量的实验，并进行分析研究如下：
1、温度计插入位置：油槽工作区域的水平平面中心；插入深度：下层距底2cm；搅拌速度：中速；实验过程温度：75-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：
（1）相同的温度间隔内，温度越高其加热速度越小，到达检定规定要求的时间越长；（2）在温场到达整个0.02℃/min后，在设定恒温时间内温场波动一直不超过0.02℃/min，因此温场恒温时间可视具体情况缩短；（3）该恒温槽在中心点的温度控制偏差随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右变化。
2、温度计插入位置：油槽工作区域的侧距壁1cm，插入深度：下层距底2cm、搅拌速度：中速，实验过程温度：25-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：
（1）在200-250℃升温过程中，出现加热速度减小，而到达检定规定要求的时间较短现象；造成原因：温度越高其热交换越快，同时侧面的位置比中心位置热交换充分；（2）除了25-100℃过程外，其他温度段在升温过程中，温场到达0.02℃/min后的恒温时间超过设定时间10分钟，说明存在短暂的超过0.02℃/min的情况又重新进行调节的过程。但在设定恒温时间内温场波动基本不超过0.02℃/min，因此温场恒温时间仍可视具体情况缩短；（3）该恒温槽在侧距壁1cm点的温度控制偏差仍随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右；（4）温场到达0.02℃/min的时间增长（比中心下层2cm）。原因是：该恒温油槽是通过外加热电阻丝将部分油加热后通过搅拌与内桶油进行热交换，则温场面积越大，距离中心越远的位置受热流影响越大，温度波动就越频繁，越不容易稳定下来。
3、温度计插入位置：油槽工作区域的最外侧距壁1cm，插入深度：几何中心，搅拌速度：中速，实验过程温度：58-100℃；100-150℃；150-200℃；200-250℃。其到达设定检定要求条件后温场恒温10分钟进行记录数据。通过测试发现：
（1）该位置出现温度波动超过规定0.02℃/min的较多。原因：该恒温槽的加热丝在工作区域的最内侧，因此，最前位置是热交换较慢（与内、侧位置比）的位置，那么，热损失影响相对显得较大，此位置的温度也就越不容易达到稳定。
（2）最突出的温度段是200-250℃。原因：恒温油槽的油到此温度段期间蒸发速度加大，在加热搅拌的同时也加速了油槽内油的蒸发，即热损失影响进一步加大，造成加热速度临时性调节加大，致使温场波动加大，从而造成上述现象出现。
（3）该恒温槽在最外距壁1cm点的温度控制偏差仍随控制温度的升高而增大，但在1.6℃左右。
通过上述实验分析发现：出现恒温时间超长现象，除了上述因素外，还有可能是搅拌速度设置不合适造成的，而在不同的温度段都设置成统一的搅拌速度显然存在一定的不科学性。
三、分析结论
在实际计量检定中或其他应用中，就可以将每个点的恒温时间缩短最大10min或5-10min（人们习惯用恒温4min），那么整个检定过程就可缩短半小时以上，再利用上述实验结果中的较佳方案进行检定，则4-5小时可以完成的恒温过程，有望在3小时以内完成。
参考文献：
[1] 国家质量技术监督局，JJG1030一91，恒温槽技术性能测试规范，北京：1991
[2] 国家质量监督检验检疫总局，JJF1101-2003，环境试验设备温度、湿度校准规范，北京：2003.
铂热电阻范文6
摘要：本文利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对加热炉温度监控的自动化，介绍了系统的设计原则，软硬件设计方法，做到实时、远程、多点的监控。通过对数据的保存，能够实现历史数据与实时数据进行比较，作出合理的判断，提高了系统的安全性、方便性。
关键词：虚拟仪器 温度控制 LabVIEW
虚拟仪器技术已成为测试、工业I/O和控制、产品设计的主流技术，本设计利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对炉温监控的自动化。
1、监控系统的选型设计
传感器的种类很多，选择跟实验要求相匹配的铂热电阻传感器。测温电路选择四线制接入测温传感器，恒流源选用三端集成恒流源芯片LM334。放大电路和滤波器采用三运放集成仪表放大器AD623实现对信号的精确放大，利用RC电路实现对差分和共模输入信号的低通滤波。利用数据采集器将采得的数据送入计算机中，利用虚拟仪器强大的软件处理功能实现对温度的控制。
2、系统硬件设计
热电阻和集成温度传感器的测温精度、线性度和可重复性都比较好。这里选用了铂热电阻Ptl00作为测温元件，铂电阻是最常用的热电阻传感器，它具有优良的物理特性，被公认为是温度敏感元件中准确度和重复性的标准校准元件，信号电路的原理图如图1 。
三端可调恒流源器件LM334既可作为恒流器件使用，也可以利用其恒流特性在多个场合做一些特殊使用。设计为温度传感器，将温度变化转换为电流的变化。用它作为温度检测装置，其优点是成本低、无需精密电压放大、冷端补偿。在并联稳压电源中的应用，利用LM334恒流特性的优点不仅能提供稳定电压，而且能够快速提供电流。
有源滤波器的滤波特性比无源滤波器的滤波效果要好。但一阶低通有源滤波器的滤波特性与理想的低通滤波器特性相比，差距很大。为了使滤波特性更接近于理想情况，可以采用二阶低通有源滤波器。
本设计中，放大电路是核心部分，要求放大器能对被测信号进行低失调、低漂移的线性放大。采用三运放集成仪表放大器AD623来实现对信号的精确放大，AD623的输入阻抗和共模抑制比都非常高，可有效抑制共模信号，放大差分输入信号。
3、系统软件部分的设计
Ptl00的温度特性曲线呈非线性，因采用计算机作系统硬件平台，采用国标中给出的铂电阻Rt（t）函数公式，利用公式校正法推导温度值，能够获得极高的测量精度。
利用LabVIEW中的公式节点Formula Node实现二次函数的计算，即可得到被测温度t。
LabVIEW包括开发虚拟仪器面板的各种对象和进行信号分析的丰富函数，提供了外挂的PID控制工具包。本设计就是利用带外挂的PID控制工具包的虚拟仪器的一次应用。
本设计的主要工作是如何实现LabVIEW的信号处理和控制。用LabVIEW中的公式节点来解决电压和温度之间的转换。在得到温度信号后进入PID控制部分，通过PID的控制工具包直接进行控制连接，利用PID工具包来进行控制，在LabVIEW的程序框图中建立起了整个控制电路。通过拨盘的输入，调节P、I、D，实现对温度的控制，最后将控制输出的信号经过外部电路转换作用于加热炉，从而来调节加热炉的加热功率，实现对其监控。
利用LabVIEW编程中的写入文本文件来进行数据的自动存储。程序中可设定文件存储路径和数据的存储精度以及是否允许追加数据。具体的程序框图如图3所示。
4、结束语
基于LabVIEW 的监控系统，能够做到对温度的实时监控，并且能够对温度进行远程、多点的监控。通过对数据的保存，能够实现历史数据与实时数据进行比较，作出合理的判断，提高了系统的安全性、方便性。
参考文献：
[1]翁剑枫.MATLAB LabVIEW SystemView仿真分析基础[M]，机械工业出版社，2005.
