多點冰溫檢測與數據采集

摘要：本項目應用于第六屆亞洲冬季運動會的主體育場，實現對室內冰場跑道溫度的監控。根據工程的實際需要，結合AD590傳感器的特點，對原有項目進行改進，以滿足新的系統要求。

關鍵詞：冰溫采集；AD590；誤差補償

中圖分類號：TP368文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)28-0238-01

Monitoring by Multistation and Grafting Datum about Ice Temperature in Ice Plant

WANG Zhi-bo， BI Yan-ru

(Computer Science and Engineering Department，Huaian College of Information Technology， Huaian 223003，China)

Abstract: The project is applied in chief stadium in The 6th Asian Winter Game in Chanchun，monitor temperature of the ice runway indoor. actual need，unifies the AD590 sensorcharacteristics，this article has made the system improvement to meet new system requirements.

Key words: ice'temperature gathering; AD590; error compensation

1 引言

隨著自動化程度的不斷提高，在對環境要求高的場合，需要對傳統的溫度控制方法進行改進，以滿足更高精度和靈敏度等新的要求。本文就體育場溫控系統中AD590的實際應用，提出了在溫度精度等各項要求條件下的系統改進解決方案。

2 系統改進要求

本系統是應長春五環體育館的要求，為了07年亞冬會的順利進行，對原有項目進行的技術改進。

該體育場館的冰場面積60m×30m=1800m2，冰厚10cm～20cm，冰體積180m3～360m3。冰面溫度－6℃左右，以此為依據設計改進冷卻系統。這個一個大慣性閉環系統，系統目標是實現給定溫度下的最佳控制。系統的輸入量是冰溫，因而對冰溫測量是否準確和實時將影響整個系統的運行，以及整個冰面的平滑度，進而影響到亞冬會的部分比賽。

改進溫度以及精度要求如下：

①短道速滑要求溫度是－8℃，±0.5℃；

②花樣滑冰要求溫度是－6℃，±0.5℃；

③冰壺要求溫度是－4℃，± 0.1℃。

3 系統總體框圖

系統框圖如圖1所示。

4 AD590測試精度與誤差分析和修正

1) AD590傳感器

AD590是單片集成溫度傳感器，是電流型集成溫度傳感器的代表產品，除具有一般集成溫度傳感器的共同特點:靈敏度高、準確度高、體積小、電路接口方便、價格低廉、使用簡單等優點[2]外，還具有自身所特有的一些性能特點，主要表現在:測量范圍寬，為-55℃~150℃;工作電壓在4V~30V時都能獲得穩定的輸出信號，其線性電流輸出為1μAK; AD590以熱力學溫標零點作為零輸出點，在25℃時的輸出電流為298.2μA;因為對芯片進行了激光微調修正， AD590具有良好的互換性，且校準準確度可達 ±0.5℃[3];使用時接口簡單;輸出阻抗高達10MΩ以上，因此抗干擾能力很強，特別適用于遠距離溫度測量和計算機遠距離控制。除了干擾之外，基本能夠滿足本系統要求中的第一、二條。對于冰壺的溫度要求不能滿足，必須進行必要的誤差修正補償。

2) 硬件誤差修正

在實際控制系統中，溫度的變化與控制都不是從0℃開始，而是在要求控制的溫度范圍附近變化。為了進一步提高A/D轉換精度，在放大器與被放大信號之間加一電平平移電路，將放大器輸出電平平移一個數值，使其零輸出與起始控制值相對應，即溫度低于該數值時，它輸出零電平。這樣轉換精度可以提高很多。例如：在本系統中，未進行調整之前是-55℃~155℃，調整之后的控制范圍為-10℃~10℃，溫差從210降低到了20，從而提高了轉換精度。

由于9個檢測點的溫度傳感器都放置于大面積的冰體當中，所以熱點偶的輸出電動勢僅與工作端溫度即冰溫有關，只需在內部模塊中增加冷端補償電路以及運算放大器以實現冷端補償。

3) 軟件修正補償

誤差修正補償既可以采用硬件電路來實現，也可以采用計算機通過軟件來實現。由于本系統精度要求嚴格，控制室距離溫度檢測點距離遠，并且控制室環境差，噪音大等特點。又進行了必要的軟件修正。

首先，對得到的數字進行了必要的限幅和濾波處理[1]。現改進為用數字濾波器快速數字濾波，現不在此詳述。

其次，用軟件進行精度調整：

由于AD590是一種由所在環境溫度決定的恒流輸出器件，當得到A/D轉換成的數字量DT時，溫度T與DT的關系式則為：

T = CA(DT-D0) (1)

公式(1)中T為實測的環境溫度值，DT為環境溫度為T時A/D轉換的數字量電壓值，D0為環境溫度為0℃時A/D轉換的數字量電壓值，CA為環境溫度與A/D轉換的數字量電壓的轉換系數。CA、D0作為參數存儲在計算機的相應程序中。根據CA、D0兩個參數的值，由上述公式即可計算出環境溫度值。

由上述修正方法可以看出，參數CA、D0是影響溫度測量精度的主要因素，本系統采用更高精度標準的測溫儀，多次實時測量環境溫度，然后標定參數CA、 D0的值。

本系統共有9個傳感器測溫點，測溫儀測量第一個傳感器點的溫度T1，輸入程序保存，同時記錄相應的A/D轉換的數字量D1；然后分別測量其余8個測溫點的相應數據T2、D2等等。為保證校準精度，環境溫度應在-6℃ 左右變化，我們采用了凍冰之后校準，并且溫度變化的范圍盡可能大一些，免除因差額小而可能存在的誤差。根據公式：

CA1=(T1-T2)/(D1-D2) (2)

D01=D1-T1/CA1(3)

計算出CA1和D01的值加以保存；然后利用T2、D2、T3、D3的值用公式(2)和(3)計算出CA 2和D02的值并存儲在程序中；依次能計算出6個數據對，然后用取均值的方法標定出參數CA、 D0的值。從而完成該儀表的溫度測量精度的校正。

5 AD590的現場封裝

在環境條件好的場合，AD590可以直接裸露在測溫環境中。但本系統環境較為潮濕，因此使用前需要對AD590加不銹鋼保護套。并進行了良好的隔熱墊曾包裝設置和泡沫充實保護措施，防止其靈敏度受到影響。

6 總結

本系統中的溫度數據采集與控制系統采用了新型處理技術，在應用中合理搭配了軟硬件的應用，使得以較低的復雜程度和較小的成本完成了多點溫度數據的實時采集與控制，滿足了系統要求。本系統現在已經開始使用，運行穩定且效果良好。

參考文獻：

[1] 程方曉，孫靜波，應紅霞，等.大型室內冰場冰溫多點檢測與數據融合[J].長春大學學報，2003，13(2):10-12.

[2] 趙負圖.現代傳感器集成電路[M].北京:人民郵電出版社，2000:40-52.

[3] 袁希光.傳感器技術手冊[M].北京:國防工業出版社，1986:610-632.