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基于 PT100 型熱電阻的礦用本安型 多通道溫度巡檢儀的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
目前隨著煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，監(jiān)測(cè)的設(shè)備對(duì)象也在不斷發(fā)展，種類(lèi)越來(lái)越多，比如風(fēng)機(jī)、水泵等含有電機(jī)、軸承的設(shè)備。監(jiān)測(cè)此類(lèi)設(shè)備一般需要電壓、電流、功率等電參數(shù)，同時(shí)還需要監(jiān)測(cè)電機(jī)前、后軸承、定子溫度、傳動(dòng)軸承溫度等參數(shù)。對(duì)這些溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，涉及到一個(gè)成本的問(wèn)題，一般一個(gè)電機(jī)需要監(jiān)測(cè)的溫度有前后軸承、三個(gè)定子繞組等共5 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，如果使用溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度，就會(huì)需要比較多的溫度傳感器;若電機(jī)比較多，則監(jiān)測(cè)的溫度點(diǎn)就很多。使用單個(gè)的溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度就不太實(shí)際。PT100 鉑熱電阻物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，廣泛用于- 250℃~750℃的溫度測(cè)量。本文設(shè)計(jì)一種基于PT100 的多通道溫度巡檢儀，該巡檢儀采用恒流源激勵(lì)各個(gè)通道的PT100，通過(guò)電子多路開(kāi)關(guān)和A/D采樣電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)通道溫度的采集。此巡檢儀用在監(jiān)控系統(tǒng)中，有利于縮小系統(tǒng)規(guī)模，降低成本，方便系統(tǒng)架構(gòu)。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 恒流源電路的設(shè)計(jì)
溫度巡檢儀內(nèi)部生成一個(gè)恒流源，該電流通過(guò)電子多路開(kāi)關(guān)分別加到各路的 PT100 上面，通過(guò)測(cè)試 PT100 的電壓，就可以算出PT100 的電阻，根據(jù) PT100 分度表，就可以計(jì)算出溫度。該恒流源是1m A的恒流源，此電流不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小。流過(guò) PT100 的電流過(guò)大，會(huì)造成PT100 因電流流過(guò)而發(fā)出較大熱量，從而影響測(cè)量精度;流過(guò)PT100 的電流過(guò)小，會(huì)使得PT100 的兩端電壓過(guò)小，也會(huì)影響測(cè)量精度。
1.2 三線(xiàn)制 PT100 線(xiàn)電阻補(bǔ)償電路
本溫度巡檢儀使用電子多路開(kāi)關(guān)MAX4581 來(lái)實(shí)現(xiàn)16 路的溫度巡檢切換。從而實(shí)現(xiàn)多路溫度的巡檢。在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用中，有時(shí)PT100感應(yīng)頭離采集區(qū)有一定的距離，當(dāng)距離較長(zhǎng)時(shí)，PT100 的線(xiàn)電阻就不可忽略了，它會(huì)極大的影響采集精度。
由1)、2)、3) 可以得到
由此可見(jiàn)，輸出電壓與線(xiàn)電阻無(wú)關(guān)，將輸出到AD芯片的輸入，就可以進(jìn)行準(zhǔn)確的采集了。
2 軟件設(shè)計(jì)
本溫度巡檢儀采用Winbond 的W77E058 單片機(jī)作為主處理芯片，單片機(jī)程序包括數(shù)據(jù)采集、軟件濾波、系統(tǒng)設(shè)置、顯示模塊、通訊模塊。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)PT100 鉑電阻分度表，用精密電阻箱代替PT100 對(duì)本溫度巡檢儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將本巡檢儀通過(guò)485 通訊接入到計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中可以方便的讀出各通道的溫度值，在各通道中接入標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，根據(jù)分度表查出對(duì)應(yīng)的阻值，和計(jì)算機(jī)中讀出的阻值對(duì)比，就可以得出本巡檢儀測(cè)試的精度。對(duì)兩臺(tái)溫度巡檢儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩臺(tái)的最大誤差不超過(guò)0.5%，測(cè)試精度滿(mǎn)足要求。
4 結(jié)語(yǔ)
本溫度巡檢儀采用1mA恒流源作為激勵(lì)電流，經(jīng)過(guò)多路電子開(kāi)關(guān)選擇通道，作用到PT100 電阻上面，并設(shè)計(jì)了三線(xiàn)制線(xiàn)電阻誤差消除電路，使得線(xiàn)電阻對(duì)測(cè)量的誤差得到消除，整個(gè)儀器硬件考慮了多重抗干擾設(shè)計(jì)，最終該溫度巡檢儀能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，溫度巡檢儀能夠很好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況，能夠穩(wěn)定的和上位機(jī)通訊傳遞數(shù)據(jù)，對(duì)于煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試點(diǎn)較多的場(chǎng)所有較好的應(yīng)用前景。
摘自：中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
