De softwarecompensatiemethode omvat real-time acquisitie van de koude-junctietemperatuur met behulp van een ingebouwde-temperatuursensor. Een microprocessor, gecombineerd met een thermokoppelkalibratietabel of wiskundig model, berekent en corrigeert automatisch het thermo-elektrische potentieel, waardoor zeer-precieze, volledig automatische temperatuurcompensatie voor koude juncties wordt bereikt. Deze methode wordt veel gebruikt in moderne intelligente meet- en regelsystemen, zoals PLC's, DCS's, data-acquisitiekaarten en intelligente temperatuurregelaars, en is momenteel de meest gangbare en efficiënte compensatiemethode in industriële omgevingen.
I. Kernimplementatiestappen van de softwarecompensatiemethode
Real-verwerving van de temperatuur van koude verbindingen
Een uiterst nauwkeurige temperatuursensor (zoals een Pt100 platina-weerstandsthermometer, een NTC-thermistor of een geïntegreerde temperatuursensor zoals LM35 of AD590) wordt geïnstalleerd nabij de aansluitingen van het temperatuurmeetsysteem om de werkelijke omgevingstemperatuur T0 van de koude las te meten. Deze sensor bevindt zich in hetzelfde temperatuurveld als de koude junctie van het thermokoppel, waardoor wordt verzekerd dat de gemeten T0 nauwkeurig de toestand van de koude junctie weerspiegelt.
Signaalverwerving van thermo-elektrische potentiaal: De door het thermokoppel afgegeven thermo-elektrische potentiaal E(T,T0) wordt verkregen met behulp van een A/D-omzetter. Dit is de elektromotorische kracht die wordt veroorzaakt door het temperatuurverschil tussen de warme junctie en de niet--koude junctie.
Het signaal moet worden gefilterd en versterkt om de signaal{0}}tot-ruisverhouding en meetstabiliteit te verbeteren.
Compensatiepotentieel opzoeken:
Gebaseerd op de bekende TO wordt de overeenkomstige E(T0,0)-waarde (dwz de thermo-elektrische potentiaal tussen de koude junctietemperatuur TO en 0 graden) opgezocht in de thermokoppelkalibratietabel die is opgeslagen in het systeemgeheugen.
De kalibratietabel is gewoonlijk vooraf-opgeslagen volgens verschillende typen, zoals K, E en S, en het systeem zal deze automatisch afstemmen op basis van het ingestelde thermokoppelmodel.
Berekening van het totale thermo-elektrische potentieel
Gebruik van de tussentemperatuurwet voor superpositieberekening:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)
E(T,0)=E(T,T 0)+E(T 0,0)
Dit levert het equivalente totale thermo-elektrische potentieel E(T,0) op als de koude overgang 0 graden is.
E(T,0) elimineert dus de invloed van fluctuaties in de koude junctie.
Omgekeerd opzoeken van de tabel om de ware temperatuur te verkrijgen
De berekende E(T,0)
E(T,0) wordt opnieuw in de tabel opgezocht om de corresponderende hete junctietemperatuur T te verkrijgen, die vervolgens wordt uitgevoerd op een weergave-instrument of hostcomputer.
Lineaire interpolatie of polynomiale aanpassing kan worden gebruikt om de nauwkeurigheid van het opzoeken van tabellen te verbeteren, vooral geschikt voor thermokoppeltypen met sterke niet-lineariteit (zoals type K).
II. Typische hardwarearchitectuur en gegevensstroom
Sensorlaag:
Thermokoppel (uiteinde met temperatuurdetectie)
Koudeverbindingstemperatuursensor (bijv. Pt100)
Signaalconditioneringslaag:
Voorversterker (versterkt zwak thermo-elektrisch potentieel)
Laag-doorlaatfilter (onderdrukt hoog-frequentie-interferentie)
Meer-kanaals analoge schakelaar (schakelt tussen verschillende ingangskanalen)
Conversie- en verwerkingslaag:
A/D-converter (digitaliseert analoge signalen)
Microcontroller (MCU) of PLC CPU (voert compensatiealgoritmen uit)
Uitvoer- en weergavelaag:
Digitaal displayscherm, SCADA-systeem, HMI-interface
Voorbeeld: In een Siemens S7-1200 PLC worden thermokoppelsignalen verkregen via de TC-module. Tegelijkertijd leest de module automatisch de koude lastemperatuur. Het programma roept de instructies "TCON" en "TCD" op om de compensatie en temperatuurconversie te voltooien.
III. Geavanceerde implementatievormen van softwarecompensatie
|
Formulier |
Beschrijving |
Voordelen |
|
Opzoekmethode |
Voor-slaat een standaard kalibratietabel op, zoekt direct waarden op |
Snel, nauwkeurig, geschikt voor herhaalde zoekopdrachten. |
|
Polynomiale benaderingsmethode |
Gebruikt de passende formule van NIST om E(T,0) te berekenen. |
Bespaart opslagruimte, geschikt voor embedded systemen. |
|
Lineaire interpolatiemethode |
Interpoleert tussen aangrenzende punten op basis van de tabelopzoeking |
Verbetert de resolutie en vermindert opzoekfouten in tabellen. |
|
Dynamisch compensatiealgoritme |
Combineert Kalman-filtering of adaptieve voorspelling om snelle temperatuurveranderingen aan te kunnen |
Sterke anti-interferentie, soepele respons. |
Trend in de sector: hoogwaardige- temperatuurregelaars ondersteunen nu OTA-upgrades van de kalibratietabel en kunnen automatisch thermokoppeltypen identificeren, waardoor een intelligente 'plug{1}}en-play'-compensatie wordt bereikt.
