CN108663129B - 一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，包括以下步骤：将所有通道按顺序划分为若干个温度补偿梯度，在各温度补偿梯度内采集边界首尾两处的环境温度，选取其中一处环境温度值作为其所属梯度的基准冷端补偿温度，同时计算出其与另一处环境温度值的温度差值；将温度差值按照梯度内包含的等效通道数进行等分，获得各梯度的通道间基准冷端补偿温度差值；依据各梯度的基准冷端补偿温度、通道间基准冷端补偿温度差值以及各通道的梯度内等效通道编号，计算出各梯度内各通道的冷端补偿温度。本发明将多通道热电偶采集系统全部通道细分为多个梯度，同时，在各梯度内部，再一次按通道数进行梯度细分，提高冷端温度补偿精度。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体涉及一种精细化提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法。
背景技术
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过采集系统转换成被测介质的温度。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
采用热电偶测量温度的一个基本要求是一个端点的温度值必须知道。若该端的温度能保持为0℃，那么，根据测得的热电势，可以直接通过查分度表得到另一端点的温度值。这个温度固定端常称为参比端。理论上，热电偶是冷端以0℃为标准进行测量的。然而，通常测量时仪表是处于室温之下的，但由于冷端不为0℃，造成了热电势差减小，使测量不准，出现误差。因此为减少误差所做的补偿措施就是冷端温度补偿。
根据热电偶的测温原理，热电偶信号要使用补偿导线连入控制系统进行测量，采集系统侧需要进行冷端温度补偿，补偿的准确性是影响测量温度精度的主要因素之一。不同种类采集系统采用的补偿方法不同，比较常见的方式是在控制系统内安装1-2个热电阻测量环境温度，采集系统内部将测量得到的环境温度进行简单叠加计算。但对多通道热电偶采集系统(通常具有所有通道物理位置均匀排列、全通道电路尺寸较大等特点)，因各通道所处物理位置不同而对应的环境温度不同、临近热源不同而引起的受热不均等等而影响到的环境温度补偿误差，均未见精细化处理。存在一定的补偿方式粗糙、不精细问题，对最终温度测量结果有一定的影响。
多通道热电偶采集系统在工程实际应用中，可能被放置于多种不同的物理位置，可水平放置，可竖直放置，同时可能被放置在密闭盘柜内，热气流的上升会导致盘柜上部温度明显高于盘柜下部温度。同时，在诸如DCS(分散控制系统)、PLC等应用场合，多通道热电偶采集系统通常做为单板卡与其它各种类型的板卡组合使用，其它类型板卡紧靠热电偶采集板卡放置，这些其它类型板卡由于自身器件排布而引起的热量不均情况(CPU、电源部分通常温度高于通道信号处理部分)会进一步扩散至相邻的热电偶采集板卡(在DCS柜中应用参见图1)，引起热电偶采集板卡通道处环境温度进一步不均匀，如果不对上述情况进行精细化处理，而是全板卡采用单一环境温度测量接口或使用两个温度测量接口简单取平均等方式进行温度补偿，其最终的冷端补偿结果比较粗糙，精度及精细度不够。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，解决的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，包括以下步骤：
多通道热电偶采集系统中所有通道按照其安装位置进行排序，将所有通道按顺序划分为若干个温度补偿梯度，每个温度补偿梯度内包含若干个通道，然后按序为每个通道分配相应的梯度内等效通道编号，并计算各梯度内等效通道数；
在各温度补偿梯度内采集边界首尾两处的环境温度，选取其中一处温度值作为其所属梯度的基准冷端补偿温度，同时计算出其与另一处的温度差值；
将温度差值按照梯度内包含的等效通道数进行等分，获得各梯度的通道间基准冷端补偿温度差值；
依据各梯度的基准冷端补偿温度、通道间基准冷端补偿温度差值以及各通道的等效梯度内通道编号，计算出各梯度内各通道的冷端补偿温度。
进一步的，将所有通道划分为若干个温度补偿梯度时，采用等分划分或不等分划分。
进一步的，相邻梯度在相邻处共用环境温度采集接口来采集环境温度，或分别在各梯度首尾通道配置独立的温度采集接口来采集环境温度。
进一步的，当相邻梯度在相邻通道处共用同一环境温度采集接口来采集环境温度时，梯度内等效通道编号按照位置顺序从0.5开始编号，依次递增，梯度内等效通道数为实际通道数；各梯度首尾通道分别配置独立的温度采集接口来采集环境温度时，梯度内等效通道编号按照位置顺序从0开始编号，依次递增，梯度内等效通道数为实际通道数减1。
进一步的，选取首尾两处环境温度中较小的温度值来作为基准冷端补偿温度，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的[基准冷端补偿温度]+某通道的梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]，计算出某通道最终冷端补偿温度。
进一步的，选取首尾两处环境温度中较大的温度值来作为基准冷端补偿温度，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的[基准冷端补偿温度]-某通道的梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]，计算出某通道最终冷端补偿温度。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将多通道热电偶采集系统全部通道细分为多个梯度，同时，在各梯度内部，再一次按等效通道数进行梯度细分，从而获得最终的冷端补偿温度。本发明通过本精细化的操作方法从而提高冷端温度补偿精度。
附图说明
图1为现有技术中DCS柜中热电偶采集系统的示意图；
图2为本发明具体实施例中环境温度采集接口放置于本梯度首尾通道处的示意图；
图3为本发明具体实施例中环境温度采集接口放置相邻梯度通道中间位置处的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，包括以下步骤：
多通道热电偶采集系统中所有通道按照其安装位置进行排序，将所有通道按顺序划分为若干个温度补偿梯度，每个温度补偿梯度内包含若干个通道，根据梯度相邻处是否使用同一环境温度采集接口，按序为每个通道分配相应的梯度内等效通道编号，并计算各梯度内等效通道数；
在各温度补偿梯度内采集边界首尾两处的环境温度，选取其中一处温度值作为其所属梯度的基准冷端补偿温度，同时计算出其与另一处温度的温度差值；
将温度差值按照梯度内包含的等效通道数进行等分，获得各梯度的通道间基准冷端补偿温度差值；
依据各梯度的基准冷端补偿温度、通道间基准冷端补偿温度差值以及各通道的梯度内等效通道编号，计算出各梯度内各通道的冷端补偿温度。
本发明方法的计算原理为：
首先，考虑到多通道热电偶采集系统中通道物理位置均匀排列，将所有通道按顺序划分为多个小的温度补偿梯度，所有通道可等分为多个梯度，使各梯度内包含相同的通道数量，也可根据实际环境情况进行不等分划分，使各梯度内通道数量不同；然后按序为每个梯度内通道分配梯度内等效通道编号，为了方便后面的计算，据梯度相邻处是否使用同一环境温度采集接口，梯度内通道编号可按照位置顺序从0.5或0开始编号，依次递增。
之后，在各温度补偿梯度内首尾处分别放置环境温度采集接口进行环境温度采集，从而获得本梯度边界首尾处的环境温度。从成本方面考虑，相邻梯度在相邻处可共用环境温度采集接口，也可分别配置独立的温度采集接口；例如图2中，梯度03和梯度04的相邻处通道13和通道14可共用环境温度采集接口，放置于二者物理中间位置，也可分别为通道13和通道14配置独立的温度采集接口。据梯度相邻处是否使用同一环境温度采集接口，梯度内等效通道数为实际通道数或实际通道数减1(也可以说是通道间距数)。
对于各梯度，可选取本梯度首尾两处中任一处的温度值作为本梯度的[基准冷端补偿温度]，同时为了在本梯度内进一步精细化各通道的冷端温度补偿，需要计算出其与另一处的温度差值；也可以依据两处温度值的大小来进行选择基准冷端补偿温度，
将上述温度差值按[差值/本梯度包含的等效通道数]的方式将温度差值在本梯度内进行细等分，获得本梯度的通道间基准冷端补偿温度差值；
各通道按所在梯度及在梯度中所处的位置顺序，计算出本通道最终冷端补偿温度。例如选取首尾两处通道中较小的温度值来作为基准冷端补偿温度，此基准冷端补偿温度对应的通道可以称为基准通道，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的[基准冷端补偿温度]+某通道的梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]，计算出某通道最终冷端补偿温度。当选取首尾两处通道中较大的温度值来作为基准冷端补偿温度，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的[基准冷端补偿温度]-某通道的梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]，计算出某通道最终冷端补偿温度。
本发明将多通道热电偶采集系统全部通道细分为多个梯度进行冷端补偿，同时，在各梯度内部，再一次按等效通道数进行梯度细分，从而获得最终的冷端补偿温度。通过本精细化的操作方法从而获得更高精度的多通道热电偶采集系统冷端补偿温度。
实施例
为了验证本发明方法的效果，将此方法应用于现有的DCS工程中多通道热电偶采集系统。
首先，将DCS柜中多通道热电偶采集系统中通道按照物理位置进行排序，从上到下包含通道01、通道02……通道XX，参见图2所示，将所有通道按顺序划分为多个小的温度补偿梯度，此处进行不等分划分，如图2所示，梯度01内包含通道01、通道02、通道03和通道04，梯度02内包含通道05～通道10，梯度03内包含通道10～通道13，……，各梯度内通道数量不同，此处不再一一列举。
在各温度补偿梯度内首尾处分别放置环境温度采集接口进行环境温度采集，从而获得本梯度边界首尾处的环境温度。从成本方面考虑，梯度03和梯度04的相邻处通道13和通道14可共用环境温度采集接口，放置于二者物理中间位置，也可分别为通道13和通道14配置独立的温度采集接口，分别放置在第13和第14通道上。
然后按序为每个梯度内通道分配梯度内等效通道编号，分两种情况：
1)环境温度采集接口放置于本梯度首尾两通道内，例如放置于梯度02内通道05和通道10上，具体参见图2，则通道05～通道10的梯度内等效通道编号相应的为梯度内通道00～梯度内通道05，此时，本梯度内6个通道05-10在本梯度内等效通道00-01-02-03-04-05，等效通道数为5个。
2)环境温度采集接口放置于相邻两梯度中间位置，例如一边放置于通道04和通道05中间，另一边放置于通道10和通道11中间，具体参见图3，则通道05～通道10的梯度内等效通道编号相应的为梯度内通道0.5～梯度内通道5.5。本梯度内6个通道05-10在本梯度内等效通道为：0.5-1.5-2.5-3.5-4.5-5.5，等效通道数为6。
对于第一种情况，梯度02内，采集到通道05的温度值为T2＝20℃，通道10的温度值为T1＝21℃。上方通道的温度小于下方的通道温度，选取上方T2作为本梯度的[基准冷端补偿温度]，(T1-T2)/5＝0.2℃为本梯度通道间基准冷端补偿温度差值；
则通道06冷端补偿温度T＝[基准冷端补偿温度]+梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]＝20+1*0.2℃＝20.2℃，通道09冷端补偿温度T＝[基准冷端补偿温度]+梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]＝20+4*0.2℃＝20.8℃。
对于第二种情况，采集到通道04和05中间处的温度值为T2＝20℃，通道10和通道11中间处的温度值为T1＝21℃。上方通道的温度小于下方的通道温度，选取上方T2作为本梯度的[基准冷端补偿温度]，(T1-T2)/6＝0.167℃为本梯度通道间基准冷端补偿温度差值；
则通道06冷端补偿温度T＝[基准冷端补偿温度]+梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]＝20+1.5*0.167℃＝20.250℃，通道09冷端补偿温度T＝[基准冷端补偿温度]+梯度内等效通道编号*[通道间基准冷端补偿温度差值]＝20+4.5*0.167℃＝20.751℃。
按本方法设计的多通道热电偶采集系统目前已成功应用于DCS工程实际使用，通过在线读取并观测各通道的冷端补偿温度，可直观监测到各通道不同的冷端补偿温度，取得良好的工程使用效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，包括以下步骤：
多通道热电偶采集系统中所有通道按照其安装位置进行排序，将所有通道按顺序划分为若干个温度补偿梯度，每个温度补偿梯度内包含若干个通道，然后按序为每个通道分配相应的梯度内等效通道编号，并计算各梯度内等效通道数；
在各温度补偿梯度内采集边界首尾两处的环境温度，选取其中一处环境温度值作为其所属梯度的基准冷端补偿温度，同时计算出其与另一处环境温度值的温度差值；
将温度差值按照梯度内包含的等效通道数进行等分，获得各梯度的通道间基准冷端补偿温度差值；
依据各梯度的基准冷端补偿温度、通道间基准冷端补偿温度差值以及各通道的梯度内等效通道编号，计算出各梯度内各通道的冷端补偿温度。
2.根据权利要求1所述的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，将所有通道划分为若干个温度补偿梯度时，采用等分划分或不等分划分。
3.根据权利要求1所述的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，相邻梯度在相邻处可共用同一环境温度采集接口来采集环境温度，环境温度采集接口放置于相邻梯度相邻两通道的物理中部位置；或各梯度分别配置独立的温度采集接口来采集环境温度，环境温度采集接口放置于各梯度首尾通道位置。
4.根据权利要求1所述的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，当相邻梯度在相邻通道处共用同一环境温度采集接口来采集环境温度时，梯度内等效通道编号按照位置顺序从0.5开始编号，依次递增，梯度内等效通道数为实际通道数；各梯度首尾通道分别配置独立的温度采集接口来采集环境温度时，梯度内等效通道编号按照位置顺序从0开始编号，依次递增，梯度内等效通道数为实际通道数减1。
5.根据权利要求4所述的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，各梯度选取首尾两处环境温度中较小的温度值来作为基准冷端补偿温度，此基准冷端补偿温度对应的通道称为基准通道，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的基准冷端补偿温度+某通道的梯度内等效通道编号*通道间基准冷端补偿温度差值，计算出某通道最终冷端补偿温度。
6.根据权利要求4所述的一种提高多通道热电偶采集系统冷端温度补偿精度的方法，其特征是，各梯度选取首尾两处环境温度中较大的温度值来作为基准冷端补偿温度，此基准冷端补偿温度对应的通道称为基准通道，且此基准通道位于首部，要计算梯度内某通道的冷端补偿温度，则按本梯度的基准冷端补偿温度-某通道的梯度内等效通道编号*通道间基准冷端补偿温度差值，计算出某通道最终冷端补偿温度。
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