Il metodo di compensazione software prevede l'acquisizione in tempo reale-della temperatura della giunzione fredda utilizzando un sensore di temperatura-integrato. Un microprocessore, combinato con una tabella di calibrazione della termocoppia o un modello matematico, calcola e corregge automaticamente il potenziale termoelettrico, ottenendo così una compensazione della temperatura della giunzione fredda completamente automatica e ad alta-precisione. Questo metodo è ampiamente utilizzato nei moderni sistemi di misurazione e controllo intelligenti, come PLC, DCS, schede di acquisizione dati e termoregolatori intelligenti, ed è attualmente il metodo di compensazione più diffuso ed efficiente negli ambienti industriali.
I. Fasi principali di implementazione del metodo di compensazione del software
Acquisizione in tempo reale-della temperatura della giunzione fredda
Un sensore di temperatura ad alta-precisione (come un termometro a resistenza al platino Pt100, un termistore NTC o un sensore di temperatura integrato come LM35 o AD590) è installato vicino ai terminali del sistema di misurazione della temperatura per misurare la temperatura ambiente effettiva della giunzione fredda T0. Questo sensore si trova nello stesso campo di temperatura del giunto freddo della termocoppia, garantendo che la T0 misurata rifletta accuratamente lo stato del giunto freddo.
Acquisizione del segnale del potenziale termoelettrico: il potenziale termoelettrico E(T,T0) emesso dalla termocoppia viene acquisito utilizzando un convertitore A/D, che è la forza elettromotrice dovuta alla differenza di temperatura tra la giunzione calda e la giunzione fredda diversa da -zero.
Il segnale deve essere filtrato e amplificato per migliorare il rapporto segnale-rumore-e la stabilità della misurazione.
Ricerca potenziale di compensazione:
Sulla base del T0 noto, il valore E(T0,0) corrispondente (vale a dire, il potenziale termoelettrico tra la temperatura del giunto freddo T0 e 0 gradi) viene cercato dalla tabella di calibrazione della termocoppia archiviata nella memoria del sistema.
La tabella di calibrazione viene solitamente pre-memorizzata in base a diversi tipi come K, E e S e il sistema la abbinerà automaticamente in base al modello di termocoppia impostato.
Calcolo del potenziale termoelettrico totale
Utilizzando la legge della temperatura intermedia per il calcolo della sovrapposizione:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)
E(T,0)=E(T,T 0)+E(T 0,0)
Ciò produce il potenziale termoelettrico totale equivalente E(T,0) quando la giunzione fredda è 0 gradi.
E(T,0) elimina quindi l'influenza delle fluttuazioni della giunzione fredda.
Ricerca inversa della tabella per ottenere la temperatura reale
L'E(T,0) calcolato
Si cerca nuovamente E(T,0) nella tabella per ottenere la corrispondente temperatura del giunto caldo T, che viene quindi visualizzata su uno strumento di visualizzazione o su un computer host.
È possibile utilizzare l'interpolazione lineare o l'adattamento polinomiale per migliorare la precisione della ricerca nella tabella, particolarmente adatto per i tipi di termocoppia con forte non linearità (come il tipo K).
II. Architettura hardware tipica e flusso di dati
Strato sensore:
Termocoppia (estremità di rilevamento della temperatura)
Sensore di temperatura del giunto freddo (ad es. Pt100)
Livello di condizionamento del segnale:
Preamplificatore (amplifica il potenziale termoelettrico debole)
Filtro-passa basso (sopprime le interferenze-ad alta frequenza)
Commutatore analogico multi-canale (cambia diversi canali di ingresso)
Livello di conversione ed elaborazione:
Convertitore A/D (digitalizza segnali analogici)
Microcontrollore (MCU) o CPU PLC (esegue algoritmi di compensazione)
Livello di output e visualizzazione:
Schermo digitale, sistema SCADA, interfaccia HMI
Esempio: In un PLC Siemens S7-1200, i segnali della termocoppia vengono acquisiti tramite il modulo TC. Contemporaneamente, il modulo legge automaticamente la temperatura del giunto freddo. Il programma richiama le istruzioni "TCON" e "TCD" per completare la compensazione e la conversione della temperatura.
III. Forme di implementazione avanzate della compensazione del software
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Modulo |
Descrizione |
Vantaggi |
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Metodo di ricerca |
Pre-memorizza una tabella di calibrazione standard, cerca direttamente i valori |
Veloce, accurato, adatto a ricerche ripetute. |
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Metodo di approssimazione polinomiale |
Utilizza la formula di adattamento fornita dal NIST per calcolare E(T,0). |
Risparmia spazio di archiviazione, adatto per sistemi embedded. |
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Metodo di interpolazione lineare |
Interpola tra punti adiacenti in base alla ricerca nella tabella |
Migliora la risoluzione e riduce gli errori di ricerca nella tabella. |
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Algoritmo di compensazione dinamica |
Combina il filtraggio Kalman o la previsione adattiva per gestire rapidi cambiamenti di temperatura |
Forte anti-interferenza, risposta fluida. |
Tendenza del settore: i termoregolatori di fascia alta-ora supportano gli aggiornamenti OTA alla tabella di calibrazione e possono identificare automaticamente i tipi di termocoppia, ottenendo una compensazione intelligente "plug{1}}and{2}}play".
