El mètode de compensació del programari implica l'adquisició-en temps real de la temperatura de la unió freda mitjançant un sensor de temperatura-integrat. Un microprocessador, combinat amb una taula de calibratge de termoparells o un model matemàtic, calcula i corregeix automàticament el potencial termoelèctric, aconseguint així una alta-precisió i una compensació totalment automàtica de la temperatura de la unió freda. Aquest mètode s'utilitza àmpliament en sistemes moderns de mesura i control intel·ligents, com ara PLC, DCS, targetes d'adquisició de dades i controladors de temperatura intel·ligents, i actualment és el mètode de compensació més corrent i eficient en entorns industrials.
I. Passos bàsics d'implementació del mètode de compensació de programari
Adquisició-en temps real de la temperatura de la unió freda
A prop dels terminals del sistema de mesura de temperatura s'instal·la un sensor de temperatura d'alta-precisió (com ara un termòmetre de resistència de platí Pt100, un termistor NTC o un sensor de temperatura integrat com LM35 o AD590) per mesurar la temperatura ambient real de la unió freda T0. Aquest sensor es troba al mateix camp de temperatura que la unió freda del termopar, assegurant que la T0 mesurada reflecteixi amb precisió l'estat de la unió freda.
Adquisició del senyal de potencial termoelèctric: el potencial termoelèctric E(T,T0) que emet el termoparell s'adquireix mitjançant un convertidor A/D, que és la força electromotriu deguda a la diferència de temperatura entre la unió calenta i la unió freda no -zero.
El senyal s'ha de filtrar i amplificar per millorar la relació senyal-a-soroll i l'estabilitat de la mesura.
Cerca de potencial de compensació:
A partir del T0 conegut, el valor E(T0,0) corresponent (és a dir, el potencial termoelèctric entre la temperatura de la unió freda T0 i 0 graus) es consulta des de la taula de calibratge del termopar emmagatzemat a la memòria del sistema.
La taula de calibratge normalment s'{0}}emmagatzema prèviament segons diferents tipus, com ara K, E i S, i el sistema la coincidirà automàticament segons el model de termoparell establert.
Càlcul del potencial termoelèctric total
Utilitzant la llei de temperatura intermèdia per al càlcul de superposició:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)
E(T,0)=E(T,T 0)+E(T 0,0)
Això produeix el potencial termoelèctric total equivalent E(T,0) quan la unió freda és de 0 graus.
E(T,0) elimina així la influència de les fluctuacions de la unió freda.
Cerca inversa de la taula per obtenir la temperatura real
L'E(T,0) calculada
Es torna a buscar E(T,0) a la taula per obtenir la temperatura d'unió calenta corresponent T, que després s'emet en un instrument de visualització o ordinador amfitrió.
Es pot utilitzar la interpolació lineal o l'ajust polinomial per millorar la precisió de la cerca de la taula, especialment adequat per a tipus de termoparells amb una forta no linealitat (com el tipus K).
II. Arquitectura de maquinari típica i flux de dades
Capa del sensor:
Termoparell (extrem de detecció de temperatura)
Sensor de temperatura de la unió freda (p. ex., Pt100)
Capa de condicionament del senyal:
Preamplificador (amplifica el potencial termoelèctric feble)
Filtre-pass baix (suprimeix les interferències d'-alta freqüència)
Interruptor analògic multi-canal (canvia diferents canals d'entrada)
Capa de conversió i processament:
Convertidor A/D (digitalitza senyals analògics)
Microcontrolador (MCU) o CPU PLC (executa algorismes de compensació)
Capa de sortida i visualització:
Pantalla digital, sistema SCADA, interfície HMI
Exemple: en un PLC Siemens S7-1200, els senyals de termoparell s'adquireixen a través del mòdul TC. Simultàniament, el mòdul llegeix automàticament la temperatura de la unió freda. El programa crida les instruccions "TCON" i "TCD" per completar la compensació i la conversió de temperatura.
III. Formes d'implementació avançada de compensació de programari
|
Formulari |
Descripció |
Avantatges |
|
Mètode de cerca |
Pre-emmagatzema una taula de calibratge estàndard, cerca directament els valors |
Ràpid, precís, adequat per a cerques repetides. |
|
Mètode d'aproximació polinomial |
Utilitza la fórmula d'ajust proporcionada pel NIST per calcular E(T,0). |
Estalvia espai d'emmagatzematge, adequat per a sistemes encastats. |
|
Mètode d'interpolació lineal |
Interpola entre punts adjacents en funció de la cerca de la taula |
Millora la resolució i redueix els errors de cerca de taules. |
|
Algorisme de compensació dinàmica |
Combina el filtratge de Kalman o la predicció adaptativa per gestionar canvis ràpids de temperatura |
Forta anti-interferència, resposta suau. |
Tendència del sector: els controladors de temperatura-de gamma alta ara admeten actualitzacions OTA a la taula de calibratge i poden identificar automàticament els tipus de termoparells, aconseguint una compensació intel·ligent "plug-i-play".
