火力發(fā)電廠大型熱電偶測(cè)量板卡冷端補(bǔ)償改進(jìn)方案

上海上儀股份公司通過(guò)對(duì)板卡內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)進(jìn)行差別化冷端補(bǔ)償?shù)姆绞?，?lái)改進(jìn)大型熱電偶測(cè)量板卡每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的冷端補(bǔ)償精確度。改進(jìn)方案已應(yīng)用到工程應(yīng)用，運(yùn)行情況良好。

1、引言

溫度是火力發(fā)電廠重要控制和監(jiān)視的參數(shù)之一，多年來(lái)溫度測(cè)量技術(shù)得到了快速的發(fā)展，其測(cè)量裝置、測(cè)量手段也從單一的測(cè)Ｍ功能向多樣化、智能化和高精度方向發(fā)展。

火力發(fā)電廠主要使用熱電偶和熱電阻兩種測(cè)溫元件作為主力來(lái)完成鍋爐、汽機(jī)、水泵、水溫、氣溫、廠房等全廠設(shè)備和環(huán)境的必要的溫度采集。熱電偶將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)別的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)連接至溫度測(cè)量板卡進(jìn)行溫度測(cè)量。因測(cè)量特性，當(dāng)前常規(guī)測(cè)量方式均需要在測(cè)量板卡處進(jìn)行熱電偶冷端補(bǔ)償。對(duì)各種水溫、氣溫、工況溫度、設(shè)備工作溫度等的溫度測(cè)Ｍ在火力發(fā)電廠中具有至關(guān)重要的作用，更精密更高等級(jí)的測(cè)量精度需求變得越來(lái)越重要。

１冷端補(bǔ)償方案現(xiàn)狀

熱電偶是火力發(fā)電廠中溫度測(cè)量?jī)x表中非常常用的測(cè)溫元件，熱電偶測(cè)量溫度，將溫度轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)別的電壓信號(hào)，通過(guò)熱電偶測(cè)量板卡轉(zhuǎn)換成被測(cè)媒介的溫度值。在火電廠溫度測(cè)量中，熱電偶元件應(yīng)用非常廣泛，因?yàn)槠渚哂薪Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、生產(chǎn)方便、測(cè)量的范圍比較廣、精度比較高、慣性很小，且出口信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳播的優(yōu)點(diǎn)。

熱電偶兩端所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小是熱端和冷端溫度的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度０℃．為依據(jù)的，否則即會(huì)產(chǎn)生誤差?；鹆Πl(fā)電廠內(nèi)，測(cè)量板卡通常處于空調(diào)房之下，冷端溫度多無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的０℃，故測(cè)Ｍ熱電勢(shì)差變小，測(cè)量不準(zhǔn)，通常均需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償操作叭獲得準(zhǔn)確的測(cè)量溫度值。

現(xiàn)階段，火力發(fā)電廠會(huì)用到大量的熱電偶采集板卡，不同廠家、不同類型的熱電偶采集板卡采用的補(bǔ)償方法也各有不同，例如：板卡上設(shè)計(jì)有專用熱電組器件，使用該熱電組器件來(lái)采集板卡工作的環(huán)境溫度，但通常整個(gè)板卡只設(shè)計(jì)１￣２個(gè)熱電阻器件?；蛘甙蹇ㄉ戏胖糜袑Ｓ玫臏y(cè)溫芯片，該芯片可直接對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量后的溫度值通過(guò)數(shù)字通訊協(xié)議傳送給處理器等。同時(shí)，Ｈ前常用的冷端補(bǔ)償信號(hào)的疊加方案主要有：①板卡內(nèi)設(shè)置單個(gè)溫度采集點(diǎn)，將板卡內(nèi)測(cè)量得到的單個(gè)冷端補(bǔ)償環(huán)境溫度換算得到的電動(dòng)勢(shì)值與板卡內(nèi)各測(cè)點(diǎn)測(cè)量所得電動(dòng)勢(shì)值直接進(jìn)行數(shù)字累加，從而得到該測(cè)點(diǎn)實(shí)際的熱電偶電動(dòng)勢(shì)值，從而得到被測(cè)溫度值；②板卡內(nèi)放置兩個(gè)溫度采集點(diǎn)，將測(cè)量板卡內(nèi)兩個(gè)環(huán)境溫度測(cè)量點(diǎn)所得溫度進(jìn)行取平均值操作，同樣按上述方式將電動(dòng)勢(shì)值直接進(jìn)行累加，從而得到該測(cè)點(diǎn)實(shí)際的熱電偶電動(dòng)勢(shì)值，從而得到被測(cè)溫度值。火力發(fā)電廠內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)眾多，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，通常會(huì)使用大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)Ｍ板卡進(jìn)行熱電偶采集測(cè)量，這些板卡往往有如下特點(diǎn)：

１）在同一板卡內(nèi)集成設(shè)計(jì)有多個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)。例如８?jìng)€(gè)測(cè)點(diǎn)、１６個(gè)測(cè)點(diǎn)甚至３２個(gè)測(cè)點(diǎn)。

２）部分設(shè)計(jì)內(nèi)板卡尺寸比較大。緊湊型設(shè)計(jì)或測(cè)點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少的板卡，相對(duì)可保證小的板卡設(shè)計(jì)尺寸，但諸如測(cè)點(diǎn)數(shù)量多或者一些老系統(tǒng)的延續(xù)性設(shè)計(jì)，板卡尺寸會(huì)比較大。

３）板卡內(nèi)的多個(gè)測(cè)點(diǎn)位置相對(duì)分布排列，多個(gè)測(cè)點(diǎn)在板卡內(nèi)通常會(huì)進(jìn)行均勻排布。

大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡在火電廠實(shí)際應(yīng)用中，可能被放置于多種不同的物理位置，可水平放置，可豎直放置，可被放置于空曠環(huán)境內(nèi)，也可能被放置在密閉屏柜內(nèi)。諸如密閉屏柜內(nèi)，屏柜內(nèi)往往上下放置有多層板卡，熱氣流的上升特性會(huì)導(dǎo)致盤柜內(nèi)部各點(diǎn)溫度有明顯差異，屏柜上部溫度通常高于屏柜下部溫度。同時(shí)，在諸如ＤＣＳ（分散控制系統(tǒng)）、ＰＬＣ等應(yīng)用場(chǎng)合，大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡通常做為單類型板卡與其它各種類型的板卡組合為一個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)使用，其它類型板卡在物理位置上可緊靠熱電偶采集板卡放置，這些其它類型板卡由于自身元器件排布而引起的熱量不均情況（處理器、供電電源等部分溫度會(huì)明顯高于板卡內(nèi)其它工作間路）會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散至相鄰的大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡（在ＤＣＳ柜中應(yīng)用參見(jiàn)圖１），該情況會(huì)進(jìn)一步引起大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡上各測(cè)點(diǎn)所處環(huán)境溫度產(chǎn)生進(jìn)一步的不均勻情況，如果不對(duì)上述這些特殊情況進(jìn)行精細(xì)化處理，而是粗獷地將整個(gè)板卡采用單一環(huán)境溫度測(cè)Ｍ接口或使用兩個(gè)溫度測(cè)Ｍ接口簡(jiǎn)單取平均等方式進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其非常終的冷端補(bǔ)償結(jié)果會(huì)比較粗糙，精度及精細(xì)度均有待提高。

2、改進(jìn)的補(bǔ)償方案

為改進(jìn)上述相對(duì)粗曠的大型熱電偶測(cè)量板卡內(nèi)部冷端補(bǔ)償精度，設(shè)計(jì)了如下改進(jìn)方案，目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，對(duì)冷端補(bǔ)償精度進(jìn)行改進(jìn)。所使用的精細(xì)化的冷端補(bǔ)償方案介紹如下：首先，將大型板卡按板卡內(nèi)測(cè)點(diǎn)數(shù)量可等分可不等分劃分為多個(gè)冷端補(bǔ)償區(qū)間。在各冷端補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)，采集區(qū)間邊界首尾兩處的冷端環(huán)境溫度，選取其中一處溫度值作為本區(qū)間的基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度，同時(shí)計(jì)算出其與另一處溫度的差值；將溫度差值按照區(qū)間內(nèi)包含的測(cè)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行等分，獲得各區(qū)間的測(cè)點(diǎn)間基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度差值；依據(jù)各區(qū)間的基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度、測(cè)點(diǎn)間基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度差值以及各測(cè)點(diǎn)的區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)編號(hào)，即可精確化計(jì)算出各區(qū)間內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的冷端補(bǔ)償溫度。

首先，將屏柜內(nèi)的大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡中多個(gè)測(cè)點(diǎn)按照物理位置進(jìn)行排序，例如從上到下分為測(cè)點(diǎn)０１到測(cè)點(diǎn)ＸＸ，之后將所有測(cè)點(diǎn)按物理順序劃分為多個(gè)小的溫度補(bǔ)償區(qū)間。如圖２所示，溫度補(bǔ)償區(qū)間０１內(nèi)包含測(cè)點(diǎn)01~04，溫度補(bǔ)償區(qū)間０２內(nèi)包含測(cè)點(diǎn)05~10，溫度補(bǔ)償區(qū)間０３內(nèi)包含測(cè)點(diǎn)１0~13，……，根據(jù)各測(cè)點(diǎn)在板卡內(nèi)部及外部的實(shí)際工況，各溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)數(shù)量可相同可不相同，此處不再一一列舉。在各溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)首尾處分別放置環(huán)境溫度采集接口進(jìn)行環(huán)境溫度采集，從而獲得本溫度補(bǔ)償區(qū)間邊界首尾處的環(huán)境溫度。

然后按序?yàn)槊總€(gè)溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)分配區(qū)間內(nèi)部測(cè)點(diǎn)編號(hào)。例如示例中溫度補(bǔ)償區(qū)間２包含測(cè)點(diǎn)０５￣１０，本溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)包含6個(gè)測(cè)點(diǎn)，溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)部編號(hào)為00-01-02-03-04-050溫度補(bǔ)償區(qū)間02內(nèi)，采集到測(cè)點(diǎn)05的溫度值為T2=21℃，測(cè)點(diǎn)I0的溫度值為TI=209<;。

下方測(cè)點(diǎn)的溫度小于上方的測(cè)點(diǎn)溫度，選取下方TI作為本溫度補(bǔ)償區(qū)間的【基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度], (T2-T 1)/5=0.2 9C為本溫度補(bǔ)償區(qū)間測(cè)點(diǎn)間基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度差值。

基于上述方案，測(cè)點(diǎn)06冷端補(bǔ)償溫度T=【基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度」+區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)編號(hào)x【測(cè)點(diǎn)間基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度差值]=20+4 x 0.2℃=20.8'C，測(cè)點(diǎn)09冷端補(bǔ)償溫度T=「基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度』+區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)編號(hào)x[測(cè)點(diǎn)間基準(zhǔn)冷端補(bǔ)償溫度差值]=20+1 x 0.2C =20.290。

可以看出，如果使用傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方案，則測(cè)點(diǎn)06和測(cè)點(diǎn)09將會(huì)使用相同的溫度補(bǔ)償值，而使用本方案進(jìn)行的溫度補(bǔ)償，測(cè)點(diǎn)06和09將獲得不同的溫度補(bǔ)償值，該補(bǔ)償值相比傳統(tǒng)方案將精細(xì)得多。

通過(guò)本方案，大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡內(nèi)各測(cè)點(diǎn)可獲得更精細(xì)的補(bǔ)償溫度，而不再是板卡內(nèi)全部測(cè)點(diǎn)使用同一補(bǔ)償溫度值或使用諸如兩個(gè)溫度補(bǔ)償值的平均值。

3、結(jié)論

與目前各廠家所使用的冷端補(bǔ)償方式相比，本方案將大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡全部測(cè)點(diǎn)在板卡內(nèi)細(xì)分為多個(gè)溫度補(bǔ)償區(qū)間，同時(shí)，在各溫度補(bǔ)償區(qū)間內(nèi)部，再一次按測(cè)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行區(qū)間細(xì)分，上海上儀股份公司通過(guò)如上兩個(gè)改進(jìn)方式獲得非常終的冷端補(bǔ)償溫度。方案通過(guò)更精細(xì)化的操作方法來(lái)提高板卡內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的冷端溫度補(bǔ)償精度，使用該方案制作的大型多點(diǎn)熱電偶測(cè)量板卡已進(jìn)行工程實(shí)踐應(yīng)用，具有較高的實(shí)用性和市場(chǎng)價(jià)值。