基于热电阻测温的煤堆温度测量系统技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，包括：设置于煤堆中的改进温度测量热电阻、数字转换与修正器、数字通讯网关控制器、交换机及计算机终端，所述改进温度测量热电阻与数字转换与修正器相连接，所述数字转换与修正器与数字通讯网关控制器相连接，所述数字通讯网关控制器与交换机相连接，所述交换机与计算机终端相连接，所述计算机终端用于通过对温度数据进行拉格朗日插值计算，得到温度云图，再对温度云图进行图像分析，通过不同热电偶分布下的热成像方法，将这些节点温度用DIB位图显示出来，判断出煤堆实时温度情况。

【技术实现步骤摘要】
基于热电阻测温的煤堆温度测量系统
本专利技术属于热传感器测温
，具体涉及一种热电阻测温的煤堆温度测量系统。
技术介绍
煤炭堆积在煤场时，由于煤本身具有自燃倾向，在空气中氧气的作用下，会出现自燃现象。若能实时监测煤堆的温度分布，在温度达到自燃条件之前采取相应的解决措施从而避免自燃的发生，将能有效地减少经济损失、减少环境污染。由于煤堆的体积巨大，要实现对多点温度的监测需要用到数量众多的传感器，传统的分布式传感器在布设以及供电方面存在着困难。然而，热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的，此外，其测量精度高，性能稳定，可以很好的测量出煤堆温度。纵观国内新的技术发展大致趋势是在寻找新的测温替换技术，如半导体、新的合金材料等，但它们都遇到动态性能不具备高灵敏度、高稳定的特征，静态性能测温范围过于狭窄，难于满足大多数工业应用需求等。其中，大致温度测量精度总体由测量、传递和转换三部分共同组成，当前主要朝数字化方向发展。剔除测量精度外，数字式传递和转换确实可以大幅度提高检测精度，因此数字式成为高精度的带名词；由于缺乏对测温材质误差进行主动修正的技术，仅依赖数字方式很快会遇到一个精度提升极限瓶颈。本系统从嵌入式数字解析传输、误差修正两方面着手，开发测温元件特征稳定、C-Mbus通讯协议易用技术，兼顾自适应环境防护需要，将原始技术创新和集成制造创新成果结合起来，形成具有自主知识产权、自行设计和批量生产能力的升级换代温度计产品化关键技术；实现无论何种非标温度计，最终温度检测值都稳定地贴近于国际温标温度真值的效果。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种温度检测精度高，测量流程短，受环境干扰低、方便现场操作人员对煤堆进行有效的控制，减少意外的发生，提高生产效率和经济效益的基于热电阻测温的煤堆温度测量系统。本专利技术的技术方案如下：一种基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其包括：设置于煤堆中的改进温度测量热电阻、数字转换与修正器、数字通讯网关控制器、交换机及计算机终端，所述改进温度测量热电阻与数字转换与修正器相连接，所述数字转换与修正器与数字通讯网关控制器相连接，所述数字通讯网关控制器与交换机相连接，所述交换机与计算机终端相连接，所述交换机还对埋在煤堆中的热电阻温度信号进行检测，所述改进温度测量热电阻用于测量煤堆中铜板的温度，改进在于：测温热电阻通过数字转换与修正端子箱将温度信号转换为数字信号并且对温度值进行补偿计算以保证温度的准确；所述数字转换与修正器用于对煤堆中铜板的温度信号实现A/D转换，将温度信号转换为数字信号传输，并且对温度值进行补偿计算，所述数字通讯网关控制器用于将接收到的温度数字信号转换为温度数据后传入计算机终端，所述交换机用于采集以及存储接收到的数据，所述计算机终端用于通过对温度数据进行拉格朗日插值计算，得到温度云图，再对温度云图进行图像分析，通过不同热电偶分布下的热成像方法，将这些节点温度用DIB设备无关位图位图显示出来，判断出煤堆实时温度情况。进一步的，所述计算机终端通过对煤堆的温度场数据的插值算法得到温度云图的数据，其插值步骤为：a.在煤堆宽度方向，从左到右，每两个相邻节点间线性插值9个节点，插值完后每行301个节点；b.在步骤a的基础上，在煤堆高度方向，从下到上，自左到右，每两个相邻节点间线性插值9个节点，插值完后每列131个节点。进一步的，还包括热成像系统，热成像系统通过3行n列的热电偶阵列测得的煤堆上的x个节点的温度值，然后通过中心差分和拉格朗日插值算法插值得到遍布整个煤堆的x个节点温度，并将这些节点温度用DIB设备无关位图位图显示出来。进一步的，所述节点温度用DIB位图的创建步骤具体包括：1)找到301×131个节点温度的最大值Max和最小值Min；2)确定1℃所对应的颜色范围step:其中255为创建的位图的颜色数量，共256色；3)将各节点温度转化成对应的颜色数据ColorData：ColorData＝(Ti-Min)×step，Ti表示第i次线性插值计算得出温度值；4)写位图文件头；5)写位图信息头；6)写调色板数据；用颜色数据ColorData作为RGB中的红色分量，颜色数据越大，红色分量越大；用255-ColorData作为RGB中的蓝色分量；绿色分量设为0；这样，温度最低的节点显示最蓝，颜色最高的节点显示最红；7)写位图数据。进一步的，所述改进温度测量热电阻为修正型高精度温度计，全量程范围内任意温度点准确度达到±0.05℃，宽面安装三行m列，窄面安装两行n列，宽面列与列的间距小于180mm，行与行之间的距离小于150mm，窄面行与行之间的距离小于150mm，列与列的间距小于200mm。其中，m和n的值由煤堆尺寸决定，m≥(煤堆宽度/列间距)-1，n≥(煤堆厚度/列间距)-1。进一步的，所述实现不同外界控制设备与C-Mbus温度计之间的互联采用C-Mbus协议通讯网络。进一步的，还设置有具有良好热传导性的自调节热传递管，自调节热传递管穿过一体化数字转换与修正器两端，以此来收纳内外热源体发出的热流，这个自调节热传递管设置于数字转换与修正器两端，使得温差驱动不需耗能，还能实现逆向蓄热功能；适用于密闭体的热量传递，以及需要隔离热源、阻断磁场干扰的场所，使得温度信号传递过程精度丢失最小；减少信号传输过程中、线缆材质非均产生的、重复转换采样造成的综合误差，促使管内气体在受热膨胀后密度变小，以形成自行上升的气体产生的热对流效应；并且，其温度越高，形成的对流自循环就越强，自适应的效果越好。进一步的，所述自调节热传递管细管替换为空心固定螺栓或支架，用于接收内外热源体发出的热流，促使管内气体受热膨胀后密度变小，起到自行上升形成热对流效应。本专利技术的优点及有益效果如下：首先，本专利技术加入高精度修正模型功能。对非标准化温度计进行标定测试，对照国际温标曲线通过自学习描述其误差特征；在实测应用当中，再通过转换算法补偿非标准化温度测量结果，从而得到高精度测量输出值。进一步，裁剪并改变原系统内部结构。实施了系统重构：实现修正模型功能嵌入。在非标准化温度计接线盒中增设一体化数字转换与修正器，包括温度信号检测模块、数字转换模块和补偿算法模块。进一步，引入新的连接协议。本系统以数字方式工作，涉及到全新的通用“网关”式短流程，底层通讯技术协议标准，与合作方共同开发了C-Mbus总线通讯易用方式。使其具有通讯设备容量大，设计简单，布线灵活，无极性接线，抗干扰能力强，通讯速率高达4800bps，最多可挂接256个设备，最长通讯距离可达2000m，远程总线供电，最大电流达500mA等特点。进一步，没有引入新的不足。通过引入了一体化数字转换与修正器，采用了小型化、长寿命、无尘化、低能耗结构设计。强化温差驱动式自适应热传递效能，首次提出针对恶劣测温环境下，利用空气静压势能(虹吸或烟囱原理)，形成局部不耗能的“永动”呼吸式自适应技术解决方案。进一步，增强了通用适应范围。为了方便不同控制系统与高精度数字温度信号间的转换接收，需要通过定制标准网关输出较为通用的技术协议，满足多种外围设备的连接，并兼顾高精度处理的硬件控制器，。附图说明图1是本专利技术提供优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其特征在于，包括：设置于煤堆中的改进温度测量热电阻、数字转换与修正器、数字通讯网关控制器、交换机及计算机终端，所述改进温度测量热电阻与数字转换与修正器相连接，所述数字转换与修正器与数字通讯网关控制器相连接，所述数字通讯网关控制器与交换机相连接，所述交换机与计算机终端相连接，所述交换机还对埋在煤堆中的热电阻温度信号进行检测，所述改进温度测量热电阻用于测量煤堆中铜板的温度，改进在于：测温热电阻通过数字转换与修正端子箱将温度信号转换为数字信号并且对温度值进行补偿计算以保证温度的准确；所述数字转换与修正器(用于对煤堆中铜板的温度信号实现A/D转换，将温度信号转换为数字信号传输，并且对温度值进行补偿计算，)所述数字通讯网关控制器用于将接收到的温度数字信号转换为温度数据后传入计算机终端，所述交换机用于采集以及存储接收到的数据，所述计算机终端用于通过对温度数据进行拉格朗日插值计算，得到温度云图，再对温度云图进行图像分析，通过不同热电偶分布下的热成像方法，将这些节点温度用DIB设备无关位图位图显示出来，判断出煤堆实时温度情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其特征在于，包括：设置于煤堆中的改进温度测量热电阻、数字转换与修正器、数字通讯网关控制器、交换机及计算机终端，所述改进温度测量热电阻与数字转换与修正器相连接，所述数字转换与修正器与数字通讯网关控制器相连接，所述数字通讯网关控制器与交换机相连接，所述交换机与计算机终端相连接，所述交换机还对埋在煤堆中的热电阻温度信号进行检测，所述改进温度测量热电阻用于测量煤堆中铜板的温度，改进在于：测温热电阻通过数字转换与修正端子箱将温度信号转换为数字信号并且对温度值进行补偿计算以保证温度的准确；所述数字转换与修正器(用于对煤堆中铜板的温度信号实现A/D转换，将温度信号转换为数字信号传输，并且对温度值进行补偿计算，)所述数字通讯网关控制器用于将接收到的温度数字信号转换为温度数据后传入计算机终端，所述交换机用于采集以及存储接收到的数据，所述计算机终端用于通过对温度数据进行拉格朗日插值计算，得到温度云图，再对温度云图进行图像分析，通过不同热电偶分布下的热成像方法，将这些节点温度用DIB设备无关位图位图显示出来，判断出煤堆实时温度情况。2.根据权利要求1所述的基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其特征在于，所述计算机终端通过对煤堆的温度场数据的插值算法得到温度云图的数据，其插值步骤为：a.在煤堆宽度方向，从左到右，每两个相邻节点间线性插值9个节点，插值完后每行301个节点；b.在步骤a的基础上，在煤堆高度方向，从下到上，自左到右，每两个相邻节点间线性插值9个节点，插值完后每列131个节点。3.根据权利要求2所述的基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其特征在于，还包括热成像系统，热成像系统通过3行n列的热电偶阵列测得的煤堆上的x个节点的温度值，然后通过中心差分和拉格朗日插值算法插值得到遍布整个煤堆的x个节点温度，并将这些节点温度用DIB设备无关位图位图显示出来。4.根据权利要求3所述的基于热电阻测温的煤堆温度测量系统，其特征在于，所述节点温度用DIB位图的创建步骤具体包括：1)找到301×131个节点温度的最大值Max和最小值Min；2)确定1℃所对应的颜色范围step:其中255为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，罗志勇，夏梓航，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50