單片機在腐蝕性介質(zhì)溫度動(dòng)態(tài)測量中的應用

電解質(zhì)溫度是電解過(guò)程中的重要參數，目前仍主要采用熱電偶測量。由于電解質(zhì)是強腐蝕介質(zhì)，為避免與介質(zhì)接觸的腐蝕，雖然研制過(guò)一些帶特殊保護套的熱電偶，但由于測量誤差太大而未能在實(shí)踐中得到推廣應用；基于最小二乘法的動(dòng)態(tài)測溫方法雖然取得了一定成果，但仍存在不能可靠收斂和溫度預報精度難以進(jìn)一步提高等問(wèn)題。本文介紹基于熱電偶測溫響應特性的基于時(shí)間常數算法，它具有可靠的收斂性和滿(mǎn)意的測量精度，用于腐蝕性介質(zhì)溫度的在線(xiàn)測量行之有效。

1 基于時(shí)間常數的動(dòng)態(tài)測溫方法

動(dòng)態(tài)測溫的基本思想是，通過(guò)熱電偶與高溫電解質(zhì)接觸時(shí)對所采集到的過(guò)渡過(guò)程某段時(shí)間內的溫度信號，根據數學(xué)模型，利用計算機對有限的數據進(jìn)行處理，及時(shí)給出被測介質(zhì)溫度。

1.1熱電偶的響應特性及其數學(xué)模型

常溫下的熱電偶突然插入高溫被測介質(zhì)的響應過(guò)程如圖1所示。它近似于一階慣性環(huán)節，響應過(guò)程可以描述為：
θ=θ∝ ×[1-e-(t-t0)/τ]。 （1）

式中τ是熱電偶的慣性時(shí)間常數，θ∝是穩態(tài)溫度。

1.2 基于時(shí)間常數的方法

在動(dòng)態(tài)過(guò)程中假設第N次采集所得溫度值為θ(N)，對應該次采樣值計算得到的斜率為K(N),時(shí)間常數為τ(N)，則從圖1和式（1）可知，電介質(zhì)的穩態(tài)溫度為： θ∝=θ(N)+ K(N)×τ(N) （2）

式中 K(N)=dθ/dt=[θ∝× e-(tN-t0)/τ（N）]/τ(N) （3）

由于響應曲線(xiàn)時(shí)間常數未知，而且響應曲線(xiàn)按一定周期采樣，信號在時(shí)間上是離散的，（3）式不能直接利用。因此斜率按以下給出的差分方法求?。?br /> K(N)=∑Cj×[θ(N+j)－θ(N－j)]/2 ( j=1,2 ) (4)

根據地系統特性要求，式中C1、C2?。篊1=0.2576，C2=0.3712。

時(shí)間常數與感溫材料構造和幾何尺寸等有關(guān)，雖然可由經(jīng)驗公式或實(shí)驗方法得到，但不具備實(shí)時(shí)性。為考慮實(shí)際使用過(guò)程中時(shí)間常數的改變，采用以下在線(xiàn)實(shí)時(shí)計算方法求取時(shí)間常數。

若忽略式（1）的響應特性與熱電偶的實(shí)際特性之間的偏差。則可以認為兩個(gè)連續采樣點(diǎn)對應的時(shí)間常數滿(mǎn)足：τ(N)≈τ(N－1)≈τ

由（3）式可得： K(N)/K(N－1)= e-tN/τ/e-tN-1/τ=e-NΔT/τ/ e-(N-1)ΔT/τ=e-ΔT/τ

兩邊取對數得： τ=ΔT/In[K(N)/K(N－1)] (5)