PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監測系統設計

摘要：PT100鉑熱電阻溫度因其穩定性高、測溫精度高、溫度監測區間廣、抗干擾能力強等優勢,廣泛應用于工程領域。基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監測系統為例,詳細介紹了溫度監測系統的總體方案、PT100功能與原理、溫度監控模塊的功能結構、設計原則,最終實現了離心泵實時溫度監測反饋。
0引言
　　為實現工程中系統設備有效預警與故障檢測,一般根據設備功能與特點實施有效監測方案，例如溫度監測、濕度監測、電流監測、電壓監測、旋向監測、位移監測等,通過設備運行溫度的監測，判斷設備是否正常運行,判斷方法簡易且可操作性強,因此,相比之下其它設備監測手段溫度監控方案應用更為廣泛。
　　回顧工程中設備溫度監測發展的歷程,主要經過溫度計監測計量算法階段、溫度傳感器應用階段后溫度傳感器改良階段(精度高)。
　　最初的經驗算法階段,監測操作人員根據對被監測設備功能與結構的理解,選定最具代表性的監測點，通過對設備表面或其依靠的工作介質進行定期取樣,根據樣本數與溫度實測值利用統計學計算公式確定溫度監測值。此種方法受設備結構、監測環境的限制,并且監測精度、監測效率都很低。
　　伴隨著傳感器技術的突飛猛進發展與成熟應用,通過簡易的傳感器電路設計可實現對目標監測物溫度的測量,熱敏電阻在其中發揮了舉足輕重的作用。較“溫度計經驗算法監測手段”,溫度測量的精度以及測量效率顯著提高,但依然未能完全實現實時監控、缺乏系統性導致監測數據不全面和滯后性'。
　　科研技術人員通過對傳感器結構與材料研究與升級,將芯片技術與傳感器技術高度融合，為高集成性、精度高、高安全可靠性的溫度傳感器的出現提供了先決條件。在此基礎上結合PLC、單片機等工控技術,利用網絡技術與控制算法,最終實現了智能反饋、人機交換界面,實現對被監測設備高效溫度監控、精度高溫度監控、實時溫度監控、智能反饋預警,提高了設備運行可靠性與安全性，降低設備維護成本。
例子為基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監測系統,通過該系統實現對溫度的實時監測與預警,保證設備運行可靠性與安全性,以節約維修成本。.
1溫度監測系統總體方案
　　如圖1所示，基于PT100的離心泵溫度監測系統可實現溫度監測、發出設備預警、溫度調控(通過設備工作狀態切換實現)、串口通信、現場手控等主要功能。
 
　　溫度監測系統總體方案見圖2.主要由pc監測.232與485串口轉換模塊、串行式RS485總線、高心泵溫度監測點(3處)、離心泵配套電機、離心泵配套電機測溫接線盒、離心泵本體及進、出口管道組成。
 
　　為了全面整體的監測離心泵設備,利用串行式RS485總線，將分別布置在離心泵的電機部分(主要在電機繞組間設置PT100溫度計，再由接線盒引出)、泵本體進口管道、泵本體出口管道的溫度監測點并行工作,進而實現設備整體布控功能。通過這三個溫度測點對電機發熱情況、離.心泵進出口介質進行溫度周期性采樣,在通過數據轉換模塊完成對設備溫度的實時顯示監測，當監測溫度超過系統預設的報警值時,系統會給蜂警聲響和完成預警燈的“暗明”亮度轉換。通過PC控制端的監測模塊實現對設備工作狀態切換以完成對溫度的調控，同時試驗現場設置手動轉換,現場控制柜可顯示溫度數值。
2離心泵測溫系統監控模塊與系統監測反饋實現
　　離心泵測溫系統監控系統包括溫度阻值采樣溫度測量放大、24位A/D轉換、多繼電器控制電路、485通信、單片機,其中單片機是整個監控橫塊的核心,旋轉8位AVR芯片,具有高性能低功耗特點,同時三個高效跳線數據接口能夠快速準確的接受經由485通信線傳遞的溫度阻值采樣值,在單片機內部還設置了工作狀態指示燈,確保系統的正常工作和故障的診斷,見圖3。經三線制PT100測得的阻值信號需經信號放大A/D(模擬/數字轉換)信號轉換才能轉變成單片及識別的信號指令。
　　為了實現對離心泵進行實時監控與反饋,基于微處理器內部的邏輯單元、門電路編寫單片機代碼,借助多組集成式繼電器電路,實現預警揚聲-預警燈顯示、離心泵工作狀態切換,3個監測點預警值為110℃(電機監測點)、60℃(離心泵本體入口)、60℃(離心泵泵體出口),當超出預警值5℃范圍內觸發預警揚聲與指示燈顯示、當超出預警值10℃范圍內離心泵工作狀態切換到.低速、低功率狀態，當超出預警值15℃觸發停車操作,以保證設備安全可靠運行。
 
3PT100鉑熱電阻功能與原理
　　PT100鉑熱電阻廣泛的應用于電機、水泵、風機、壓縮機、航空航天、船舶制造等工業領域,其具有溫度檢測精度高、溫度識別區間大抗弱電干擾能力強等優勢得到使用領域的廣泛共識,同時在采集溫度信號穩定性高(主要體現在阻止信號分割溫度值的極高線性度),以上幾方面的優勢決定其在眾多測溫原件中占據重要位置。測溫區間般為-250℃至650℃，其原理依據鉑金屬隨溫度升高阻值隨多項式遞增,當被測溫度在0℃以下應用折算式(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不同溫度對應的熱電阻值;R0~0℃對應的阻值即100Ω;a、b、c-為多項式差值系數。
　　表1中,結選整理了0℃~200℃，溫度與阻值的對應關系,根據分度表實測阻值可確定溫度數值。
 
　　在鉑熱電阻選用時,根據實際應用場所選擇不同“線制”電阻測量方法的鉑熱電阻以達到相應的測量精度,-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構。
 
4結語
　　介紹了工程設備溫度監測、采樣的發展歷程，著重強調了芯片技術與傳感器技術高度融合后.即溫度傳感器改良階段的突出優勢,并以基于PT100鉑熱電阻的離心泵溫度監測系統為例,詳細介紹了溫度監測系統的總體設計方案,闡述了PT100功能與原理以及在測溫原件中的優勢地位,最后通過對溫度監控模塊的功能、結構的介紹,說明了該系統實時監測反饋功能的實現形式，保證了設備運行可靠性與安全性，節約了維修成本。