PT100铂热电阻的离心泵温度监测系统设计

摘要：PT100铂热电阻温度因其稳定性高、测温精度高、温度监测区间广、抗干扰能力强等优势,广泛应用于工程领域。基于PT100铂热电阻的离心泵温度监测系统为例,详细介绍了温度监测系统的总体方案、PT100功能与原理、温度监控模块的功能结构、设计原则,最终实现了离心泵实时温度监测反馈。
0引言
　　为实现工程中系统设备有效预警与故障检测,一般根据设备功能与特点实施有效监测方案，例如温度监测、湿度监测、电流监测、电压监测、旋向监测、位移监测等,通过设备运行温度的监测，判断设备是否正常运行,判断方法简易且可操作性强,因此,相比之下其它设备监测手段温度监控方案应用更为广泛。
　　回顾工程中设备温度监测发展的历程,主要经过温度计监测计量算法阶段、温度传感器应用阶段后温度传感器改良阶段(精度高)。
　　最初的经验算法阶段,监测操作人员根据对被监测设备功能与结构的理解,选定最具代表性的监测点，通过对设备表面或其依靠的工作介质进行定期取样,根据样本数与温度实测值利用统计学计算公式确定温度监测值。此种方法受设备结构、监测环境的限制,并且监测精度、监测效率都很低。
　　伴随着传感器技术的突飞猛进发展与成熟应用,通过简易的传感器电路设计可实现对目标监测物温度的测量,热敏电阻在其中发挥了举足轻重的作用。较“温度计经验算法监测手段”,温度测量的精度以及测量效率显著提高,但依然未能完全实现实时监控、缺乏系统性导致监测数据不全面和滞后性'。
　　科研技术人员通过对传感器结构与材料研究与升级,将芯片技术与传感器技术高度融合，为高集成性、精度高、高安全可靠性的温度传感器的出现提供了先决条件。在此基础上结合PLC、单片机等工控技术,利用网络技术与控制算法,最终实现了智能反馈、人机交换界面,实现对被监测设备高效温度监控、精度高温度监控、实时温度监控、智能反馈预警,提高了设备运行可靠性与安全性，降低设备维护成本。
例子为基于PT100铂热电阻的离心泵温度监测系统,通过该系统实现对温度的实时监测与预警,保证设备运行可靠性与安全性,以节约维修成本。.
1温度监测系统总体方案
　　如图1所示，基于PT100的离心泵温度监测系统可实现温度监测、发出设备预警、温度调控(通过设备工作状态切换实现)、串口通信、现场手控等主要功能。
 
　　温度监测系统总体方案见图2.主要由pc监测.232与485串口转换模块、串行式RS485总线、高心泵温度监测点(3处)、离心泵配套电机、离心泵配套电机测温接线盒、离心泵本体及进、出口管道组成。
 
　　为了全面整体的监测离心泵设备,利用串行式RS485总线，将分别布置在离心泵的电机部分(主要在电机绕组间设置PT100温度计，再由接线盒引出)、泵本体进口管道、泵本体出口管道的温度监测点并行工作,进而实现设备整体布控功能。通过这三个温度测点对电机发热情况、离.心泵进出口介质进行温度周期性采样,在通过数据转换模块完成对设备温度的实时显示监测，当监测温度超过系统预设的报警值时,系统会给蜂警声响和完成预警灯的“暗明”亮度转换。通过PC控制端的监测模块实现对设备工作状态切换以完成对温度的调控，同时试验现场设置手动转换,现场控制柜可显示温度数值。
2离心泵测温系统监控模块与系统监测反馈实现
　　离心泵测温系统监控系统包括温度阻值采样温度测量放大、24位A/D转换、多继电器控制电路、485通信、单片机,其中单片机是整个监控横块的核心,旋转8位AVR芯片,具有高性能低功耗特点,同时三个高效跳线数据接口能够快速准确的接受经由485通信线传递的温度阻值采样值,在单片机内部还设置了工作状态指示灯,确保系统的正常工作和故障的诊断,见图3。经三线制PT100测得的阻值信号需经信号放大A/D(模拟/数字转换)信号转换才能转变成单片及识别的信号指令。
　　为了实现对离心泵进行实时监控与反馈,基于微处理器内部的逻辑单元、门电路编写单片机代码,借助多组集成式继电器电路,实现预警扬声-预警灯显示、离心泵工作状态切换,3个监测点预警值为110℃(电机监测点)、60℃(离心泵本体入口)、60℃(离心泵泵体出口),当超出预警值5℃范围内触发预警扬声与指示灯显示、当超出预警值10℃范围内离心泵工作状态切换到.低速、低功率状态，当超出预警值15℃触发停车操作,以保证设备安全可靠运行。
 
3PT100铂热电阻功能与原理
　　PT100铂热电阻广泛的应用于电机、水泵、风机、压缩机、航空航天、船舶制造等工业领域,其具有温度检测精度高、温度识别区间大抗弱电干扰能力强等优势得到使用领域的广泛共识,同时在采集温度信号稳定性高(主要体现在阻止信号分割温度值的极高线性度),以上几方面的优势决定其在众多测温原件中占据重要位置。测温区间般为-250℃至650℃，其原理依据铂金属随温度升高阻值随多项式递增,当被测温度在0℃以下应用折算式(1),在0℃以上用折算式(2)
RT=R0+[1+αT+bT²+cT²(T-100)](1)
RT=R0(1+αT+bT²)(2)
　　式中,RT不同温度对应的热电阻值;R0~0℃对应的阻值即100Ω;a、b、c-为多项式差值系数。
　　表1中,结选整理了0℃~200℃，温度与阻值的对应关系,根据分度表实测阻值可确定温度数值。
 
　　在铂热电阻选用时,根据实际应用场所选择不同“线制”电阻测量方法的铂热电阻以达到相应的测量精度,-般分为二线制、三线制、四线制，精度由低到高,如图4所示3种不同线制电阻测量方法的铂热电阻结构。
 
4结语
　　介绍了工程设备温度监测、采样的发展历程，着重强调了芯片技术与传感器技术高度融合后.即温度传感器改良阶段的突出优势,并以基于PT100铂热电阻的离心泵温度监测系统为例,详细介绍了温度监测系统的总体设计方案,阐述了PT100功能与原理以及在测温原件中的优势地位,最后通过对温度监控模块的功能、结构的介绍,说明了该系统实时监测反馈功能的实现形式，保证了设备运行可靠性与安全性，节约了维修成本。