CN105115628A - 一种热电阻动态响应测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热电阻动态响应测试系统及其测试方法，通过建立数学模型模拟出热电阻测温的稳态特性，并且得到在不同测量温度下，热电阻直径、插入深度对其精度及动态响应的影响，对热电阻制作、选取以及测温具有指导意义。同时，所建立的数学模型与实验数据拟合程度较高，可以将此模型作为基础，获得不同状态下，热电阻的某一具体性能参数值，为改善其稳态特性以及分析结果的修正提供了依据。
Description
技术领域
本发明设计一种热电阻动态响应测试系统及其测试方法，属于电力系统技术领域。
背景技术
“温度”作为火力发电厂最主要的热工参数之一，其准确测量直接关系着机组的安全稳定运行，对防止机组的拒动、误动，以及及时的温度保护都有着至关重要的作用。
热电阻温度传感器作为主要的测温元件之一，其在火电厂中的应用也非常广泛。了解其性能特点，掌握影响测温精度及热响应时间的因素，有利于更合理的对其进行技术规范。在预防高温报警、高温跳闸等故障时，可以及时实现机组的顺序控制和自动调节，对提高机组的安全性和稳定性都有着深远的意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种热电阻动态响应测试系统及其测试方法，通过研究热电阻温度传感器动态特性，可以为电厂及电网设备提供“温度信号坏值判据”，避免了温度信号的阈值设置不合理，而使温度判别功能准确性下降，引起保护误动或拒动进而导致机组或主要设备跳闸，造成了机组非计划减出力，给电力系统带来不必要的损失。
为解决上述技术问题，本发明提供一种热电阻动态响应测试系统，包括作为恒温源的干式炉、用来测量干式炉温度的热电阻、用于接收热电阻信号的热电阻信号采集模块、将热电阻信号转换成工控机识别的转换模块、用于接收转换模块输出的热电阻信号并输入热电阻响应曲线的工控机以及向系统供电的电源，所述工控机分别与所述干式炉、所述转换模块相连，所述热电阻分别于所述干式炉、热电阻信号采集模块相连，所述热电阻信号采集模块与所述转换模块相连。
优选地，所述热电阻信号采集模块的型号为I-7033。
优选地，所述转换模块的型号为I-7520。
优选地，所述工控机通过RS-232串口与所述转换模块相连。
优选地，所述工控机通过RS-232串口与所述干式炉相连。
优选地，所述热电阻为Pt100铂热电阻。
一种热电阻动态响应测试系统的测试方法，包括以下步骤：
步骤一，建立数学模型；
1)打开电源，连接线路，启动计算机，检查设备是否正常，并给干式炉升温；同时，运行应用程序，设定被测温度和采集时间，选择接收端口和采集周期；当干式炉升温至设定温度并稳定时，将热电阻插入干式炉中，同时点击工控机界面上的“开始采集”按钮，实验开始；
2)在实验过程中，保持热电阻固定，直到响应曲线平稳，点击工控机界面上的“停止采集”按钮，将热电阻取出，放入冰水混合物中冷却，点击工控机界面上的“保存数据”按钮，保存实验数据和图像；
3)当热电阻冷却至室温后，分别改变热电阻插入干式炉中的深度、干式炉的设定温度和热电阻的直径，重复步骤1)和步骤2)，获得不同温度下，热电阻的插入深度、和直径的阶跃响应曲线，建立在不同测量温度条件下，相对误差与插入深度和直径之间的数学关系式、时间常数与插入深度和直径之间的数学关系式；
步骤二，待测热电阻动态特性分析；
重复步骤1)和步骤2)采集待测热电阻数据，将数据带入数学模型中，计算出待测热电阻的相对误差和热响应时间，分析动态特性，并根据分析结果验证待测热电阻的精度是否满足精度要求、确定测温部位的选择是否合理性。
本发明所达到的有益技术效果：本发明通过建立数学模型模拟出热电阻测温的稳态特性，并且得到在不同测量温度下，热电阻直径、插入深度对其精度及动态响应的影响，对热电阻制作、选取以及测温具有指导意义。同时，所建立的数学模型与实验数据拟合程度较高，可以将此模型作为基础，获得不同状态下，热电阻的某一具体性能参数值，为改善其稳态特性以及分析结果的修正提供了依据。
附图说明
图1本发明之热电阻动态响应测试系统组成部件及各部件连接关系示意图；
图2本发明具体实施例建模过程流程示意图。
具体实施方式
为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种热电阻动态响应测试系统，包括作为恒温源的干式炉、用来测量干式炉温度的热电阻、用于接收热电阻信号的热电阻信号采集模块、将热电阻信号转换成工控机识别的转换模块、用于接收转换模块输出的热电阻信号并输入热电阻响应曲线的工控机以及向系统供电的电源，所述工控机分别与所述干式炉、所述转换模块相连，所述热电阻分别于所述干式炉、热电阻信号采集模块相连，所述热电阻信号采集模块与所述转换模块相连。所述热电阻信号采集模块的型号为I-7033。所述转换模块的型号为I-7520。所述工控机通过RS-232串口与所述转换模块相连。所述工控机通过RS-232串口与所述干式炉相连。所述热电阻为Pt100铂热电阻。其中，I-7033模块参数如表1所示；I-7520转换模块用于将RS-232转换为RS-485，其引脚分配和规格如表2所示；电源采用直流电源，电源范围为10V～30V，电源供应器的额定功率大于整个系统的消耗功率的总和。
表1：I-7033模块参数
| 模块地址 | 01 | 校验位 | 无 |
| RTD类型 | Pt100 | 格式 | Engineering unit format |
| 波特率 | 9600bps | 滤波 | 60Hz抑制 |
表2：I-7520转换模块引脚分配和规格
如图2所示，一种热电阻动态响应测试系统的测试方法，包括以下步骤：
步骤一，建立数学模型；
1)打开电源，连接线路，启动计算机，检查设备是否正常，并给干式炉升温；同时，运行应用程序，设定被测温度和采集时间，选择接收端口和采集周期；当干式炉升温至设定温度并稳定时，将热电阻插入干式炉中，同时点击工控机界面上的“开始采集”按钮，实验开始；
2)在实验过程中，保持热电阻固定，直到响应曲线平稳，点击工控机界面上的“停止采集”按钮，将热电阻取出，放入冰水混合物中冷却，点击工控机界面上的“保存数据”按钮，保存实验数据和图像；
3)当热电阻冷却至室温后，分别改变热电阻插入干式炉中的深度、干式炉的设定温度和热电阻的直径，重复步骤1)和步骤2)，获得不同温度下，热电阻的插入深度、和直径的阶跃响应曲线建立在不同测量温度条件下，相对误差与插入深度和直径之间的数学关系式、时间常数与插入深度和直径之间的数学关系式；从而很直观的看出热电阻插入深度、直径对热电阻测温性能的影响，对火力发电厂中不同的测温部位选择合理的热电阻温度传感器，以实现温度滞后的最小化有着一定的指导性作用。
步骤二，待测热电阻动态特性分析；
重复步骤1)和步骤2)采集待测热电阻数据，将数据带入数学模型中，计算出待测热电阻的相对误差和热响应时间，分析动态特性，并根据分析结果验证待测热电阻的精度是否满足精度要求、确定测温部位的选择是否合理性。
具体实施例
为了验证本发明提供的热电阻动态响应测试系统及其测试方法的可行性，在不同测量温度下，得到相对误差和时间常数分别与插入深度及直径之间的数学关系式，如表3所示，测量温度分别为100℃、200℃、300℃、400℃，插入深度分别为4cm、6cm、8cm、12cm、14cm，热电阻的直径分别为3mm、12mm、16mm。
表3：热电阻相对误差和时间常数分别与直径及插入深度的数学关系式
其中，g：相对误差；c：直径；d：插入深度；e：时间常数
为了验证表3所示的数学模型的准确性，取直径分别为3mm、12mm、16mm的热电阻作为待测热电阻进行验证，温度为200℃，插入深度分别为4cm、6cm、8cm、12cm、14cm，试验所得数据如表4所示：
表4：待测热电阻试验数据整理
将上述数据带入上述相应数学表达式，计算待测热电阻的精度，符合其精度要求，说明上述数学模型可以方便快捷的验证所选热电阻是否合理等相关问题，为电力生产过程中的温度检测提供了快速准确的测量方法。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种热电阻动态响应测试系统，其特征在于：包括作为恒温源的干式炉、用来测量干式炉温度的热电阻、用于接收热电阻信号的热电阻信号采集模块、将热电阻信号转换成工控机识别的转换模块、用于接收转换模块输出的热电阻信号并输入热电阻响应曲线的工控机以及向系统供电的电源，所述工控机分别与所述干式炉、所述转换模块相连，所述热电阻分别于所述干式炉、热电阻信号采集模块相连，所述热电阻信号采集模块与所述转换模块相连。
2.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统，其特征在于：所述热电阻信号采集模块的型号为I-7033。
3.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统，其特征在于：所述转换模块的型号为I-7520。
4.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统，其特征在于：所述工控机通过RS-232串口与所述转换模块相连。
5.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统，其特征在于：所述工控机通过RS-232串口与所述干式炉相连。
6.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统，其特征在于：所述热电阻为Pt100铂热电阻。
7.根据权利要求1所述的热电阻动态响应测试系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，建立数学模型；
1）打开电源，连接线路，启动计算机，检查设备是否正常，并给干式炉升温；同时，运行应用程序，设定被测温度和采集时间，选择接收端口和采集周期；当干式炉升温至设定温度并稳定时，将热电阻插入干式炉中，同时点击工控机界面上的“开始采集”按钮，实验开始；
2）在实验过程中，保持热电阻固定，直到响应曲线平稳，点击工控机界面上的“停止采集”按钮，将热电阻取出，放入冰水混合物中冷却，点击工控机界面上的“保存数据”按钮，保存实验数据和图像；
3）当热电阻冷却至室温后，分别改变热电阻插入干式炉中的深度、干式炉的设定温度和热电阻的直径，重复步骤1）和步骤2），获得不同温度下，热电阻的插入深度、和直径的阶跃响应曲线，建立在不同测量温度条件下，相对误差与插入深度和直径之间的数学关系式、时间常数与插入深度和直径之间的数学关系式；
步骤二，待测热电阻动态特性分析；
重复步骤1）和步骤2）采集待测热电阻数据，将数据带入数学模型中，计算出待测热电阻的相对误差和热响应时间，分析动态特性，并根据分析结果验证待测热电阻的精度是否满足精度要求、确定测温部位的选择是否合理性。
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