Phương pháp bù phần mềm liên quan đến việc thu thập-thời gian thực nhiệt độ điểm nối lạnh bằng cách sử dụng-cảm biến nhiệt độ tích hợp. Bộ vi xử lý, kết hợp với bảng hiệu chuẩn cặp nhiệt điện hoặc mô hình toán học, sẽ tự động tính toán và hiệu chỉnh điện thế nhiệt điện, nhờ đó đạt được-độ chính xác cao, bù nhiệt độ điểm nối nguội hoàn toàn tự động. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đo lường và điều khiển thông minh hiện đại, như PLC, DCS, thẻ thu thập dữ liệu và bộ điều khiển nhiệt độ thông minh, đồng thời hiện là phương pháp bù chủ đạo và hiệu quả nhất trong môi trường công nghiệp.
I. Các bước triển khai cốt lõi của Phương pháp bồi thường phần mềm
Thu thập nhiệt độ giao lộ lạnh theo thời gian thực-
Một-cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao (chẳng hạn như nhiệt kế điện trở bạch kim Pt100, điện trở nhiệt NTC hoặc cảm biến nhiệt độ tích hợp như LM35 hoặc AD590) được lắp đặt gần các cực của hệ thống đo nhiệt độ để đo nhiệt độ môi trường xung quanh điểm nối lạnh thực tế T0. Cảm biến này nằm trong cùng trường nhiệt độ với điểm nối lạnh của cặp nhiệt điện, đảm bảo rằng T0 đo được phản ánh chính xác trạng thái điểm nối lạnh.
Thu nhận tín hiệu tiềm năng nhiệt điện: Đầu ra điện thế nhiệt điện E(T,T0) của cặp nhiệt điện được thu bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi A/D, đây là lực điện động do chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối nóng và điểm nối lạnh khác{1}}0.
Tín hiệu cần được lọc và khuếch đại để cải thiện tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu và độ ổn định của phép đo.
Tra cứu tiềm năng bồi thường:
Dựa trên T0 đã biết, giá trị E(T0,0) tương ứng (tức là thế nhiệt điện giữa nhiệt độ tiếp giáp lạnh T0 và 0 độ ) được tra cứu từ bảng hiệu chuẩn cặp nhiệt điện được lưu trong bộ nhớ hệ thống.
Bảng hiệu chuẩn thường được lưu trữ trước theo các loại khác nhau như K, E và S và hệ thống sẽ tự động khớp bảng hiệu chuẩn theo mô hình cặp nhiệt điện đã thiết lập.
Tính tổng thế năng nhiệt điện
Sử dụng định luật nhiệt độ trung gian để tính toán xếp chồng:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)
E(T,0)=E(T,T 0)+E(T 0,0)
Điều này mang lại tổng thế năng nhiệt điện tương đương E(T,0) khi điểm nối lạnh là 0 độ.
Do đó, E(T,0) loại bỏ ảnh hưởng của dao động tiếp giáp lạnh.
Tra cứu ngược bảng để có được nhiệt độ thực
E(T,0) được tính toán
E(T,0) được tra cứu lại trong bảng để thu được nhiệt độ tiếp xúc nóng T tương ứng, sau đó được xuất ra trên thiết bị hiển thị hoặc máy tính chủ.
Nội suy tuyến tính hoặc khớp đa thức có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác của việc tra cứu bảng, đặc biệt phù hợp với các loại cặp nhiệt điện có độ phi tuyến mạnh (chẳng hạn như loại K).
II. Kiến trúc phần cứng và luồng dữ liệu điển hình
Lớp cảm biến:
Cặp nhiệt điện (đầu cảm biến nhiệt độ)
Cảm biến nhiệt độ điểm nối lạnh (ví dụ Pt100)
Lớp điều hòa tín hiệu:
Bộ tiền khuếch đại (khuếch đại tiềm năng nhiệt điện yếu)
Bộ lọc thông thấp-(triệt tiêu nhiễu tần số-cao)
Công tắc analog đa kênh (chuyển các kênh đầu vào khác nhau)
Lớp chuyển đổi và xử lý:
Bộ chuyển đổi A/D (số hóa tín hiệu analog)
Vi điều khiển (MCU) hoặc CPU PLC (thực hiện các thuật toán bù)
Lớp đầu ra và hiển thị:
Màn hình hiển thị số, hệ thống SCADA, giao diện HMI
Ví dụ: Trong PLC Siemens S7-1200, tín hiệu cặp nhiệt điện được thu thông qua mô-đun TC. Đồng thời, mô-đun sẽ tự động đọc nhiệt độ điểm nối lạnh. Chương trình gọi các lệnh "TCON" và "TCD" để hoàn thành việc bù và chuyển đổi nhiệt độ.
III. Các hình thức triển khai nâng cao về bồi thường phần mềm
|
Hình thức |
Sự miêu tả |
Thuận lợi |
|
Phương pháp tra cứu |
-lưu trữ trước bảng hiệu chuẩn tiêu chuẩn, tra cứu trực tiếp các giá trị |
Nhanh chóng, chính xác, phù hợp cho việc tra cứu nhiều lần. |
|
Phương pháp xấp xỉ đa thức |
Sử dụng công thức phù hợp do NIST cung cấp để tính E(T,0). |
Tiết kiệm không gian lưu trữ, phù hợp với hệ thống nhúng. |
|
Phương pháp nội suy tuyến tính |
Nội suy giữa các điểm liền kề dựa trên bảng tra cứu |
Cải thiện độ phân giải và giảm lỗi tra cứu bảng. |
|
Thuật toán bù động |
Kết hợp lọc Kalman hoặc dự đoán thích ứng để xử lý những thay đổi nhiệt độ nhanh chóng |
Chống nhiễu mạnh mẽ, phản hồi mượt mà. |
Xu hướng ngành: Bộ điều khiển nhiệt độ-cao cấp hiện hỗ trợ nâng cấp OTA lên bảng hiệu chuẩn và có thể tự động xác định các loại cặp nhiệt điện, đạt được khả năng bù thông minh "cắm{1}}và{2}}chạy".
