《舟山电磁流量计》word版.doc

温度传感技术及分类 传感器通常用来在电子系统中监视温度并提供保护，以免产生过度的温度偏移。下面列出几种在电子系统中最常用的温度传感器技术。实际上是一种阻值随温度变化的电阻(通常用铂金线制成)。其特点包括：宽温度范围(可高达)出色的精度及可重复性适度的线性以及需要进行信号调理等。RTD信号调理电路通常由精密电流源及高分辨率ADC组成，因此成本可能较高。RTD可采用探针形式及表面贴装封装，并带裸露引线。 热敏电阻 实际上是一种温度效应电阻，通常由电导型材料烧结而成。最常见的热敏电阻为负温度系数(NTC)电阻。其特点包括：适当的温度范围(可达)中低成本(取决于精度)较差但可预知的线性度以及需要进行适度的信号调理等。热敏电阻可采用探针形式以及带裸露引线的表面贴装封装或其他类型的特殊封装。由Maxim提供的IC可将热敏电阻阻值转换成数字形式。 IC温度传感器 实际上是一种带模拟或数字输出并完全基于硅的温度传感电路。其特点包括：适当的温度范围(大约)低成本出色的线性以及很多附加功能例如信号调理比较器及数字接口等。具有多种数字输出方式，包括线与线(如SPI-串行外设接口)线(如IC及SMBus)及单线(如-Wire,PWM频率及周期等)等多种类型。请注意，信号调理模数转换及恒温器等功能全都会增加其他类型温度传感技术的成本，但温度传感器IC却通常已经包含有这些功能。IC温度传感器主要采用表贴封装。 为系统测量选择合适的温度传感器 选择正确的传感技术,须从了解待测量的目标的特点及要求开始以下列出一些常见的温度测量目标并将其汇总于表中 待测量的目标与测量安装分别如下。 PC板 表面贴装传感器最适用于PC板温度测量。RTD热敏电阻及IC传感器等均可采用表面贴装封装，且其温度范围与待测PC板的温度相兼容。RTD相当精确且提供高可重复性测量，但与热敏电阻及IC相比，其价格较高。热敏电阻的线性很差，但其非线性可以预测。如果只在一个较窄的温度范围内使用时，通常只需用一至两个外接电阻即可将其很好地线性化。如果精度不重要，则热敏电阻可相当便宜；但精密热敏电阻却比较贵。如果采用线性化计算或查找表格，则将显著地增加系统成本及复杂性。IC通常拥有出色的线性和附加功能，例如数字接口或恒温器等功能。在测量PC板温度时，这些特性通常使其在系统成本设计复杂性及性能等方面优于其他类型的传感器技术。 精确地测量PC板温度的一个关键因素是须将传感器定位在正确的位置上。通常需要测量特定器件或器件组的温度，以保证温度不超出安全工作范围或者对由温度引起的器件性能变化进行补偿。当传感器位置成为关键因素时，选用小封装传感器比较有利，如SOT，无需改变PC板布局即很容易将其安装在合适的位置上。当需要将传感器安装在电噪声很强或远离其他温度相关电路的位置上时，数字输出很有用。 环境空气 环境空气的温度比较难测量，因为传感器的温度必须反映空气的温度，但是由于与其他部件(PC板电源及CPU等)相隔离，它们可能处于不同的温度。热敏电阻热电偶及RTD一般都采用可将传感元件与PC板温度隔开的长引线，如果引线足够长，则传感元件将和环境处于同一温度，而引线则与可能处于不同温度的PC板相连。IC传感器通常很难用来测量环境温度，因其最佳传热通道是与PC板处于同一温度的引线。如果PC板不具有和环境相同的温度(例如，如果它装有功耗足以升高电路板温度的器件)，则IC即不可能测量环境温度。请注意，即使采用可使IC传感器高于PC板的传统IC封装，例如T，由于引线的导热能力非常好，因而测出的温度实际上仍然是PC板的温度。但由于它们具有数字输出及恒温器等其他功能，IC传感器有时还是被用来测量环境空气的温度。这通常是将其安装在一个与环境同温的小型“卫星”PC板上来实现的。IC也能用来对其他类型传感器的测量信号进行调理，其中包括用于 RTD的ADC及放大器热敏电阻至数字转换器(如MAX)以及热电偶至数字转换器(如MAX)CPU图形处理器FPGA功率器件模块等等 高功率器件的温度通常可用靠近或位于器件下面的表面贴装传感器(热敏电阻IC或RTD等)来测量。如果无法实现，或者如果器件上装有散热片或具有其他一些需要测量温度的表面，则可将带有长引线的传感器(如热电偶RTD及热敏电阻等)安装在与被测表面相接触的位置上。如果被测温度可能超过，则热电偶或RTD为最佳选择。如果被测温度可能接近或高于，则热电偶为唯一选择。 CPU图形处理器FPGA功率器件模块等等(带片上热二极管) 有些器件，尤其像CPU图形处理器(GPU)及FPGA等高性能IC，它们包含有用于测量温度的连接成二极管形式的双极型晶体管。由于热感应晶体管就位于IC晶片上， 因此其温度测量精度远高于其他温度传感技术，而且热时间常数也相当小。 Maxim提供几种专门设计用来精确测量热二极管温度并将其直接转换成数字形式的IC。在这些IC中，其中一些可测量一个热二极管，而有些则能同时测量多达个热二极管。虽然热二极管的输出信号电平很小(可低至V量级)，但仍大于热电偶的输出信号电平。内部及外部滤波，再加上合理的电路布局，使得远端二极管温度传感器能够被广泛用于具有很强电气噪声的设备中，例如计算机服务器及工作站等。 这些IC中的大多数都能提供其他功能来保护待测目标(CPU图形处理器FPGA功率器件模块)，例如过温告警引脚ALERT，如果温度超过目标的安全工作极限，则能用它来关断系统。图给出了远端二极管温度传感器(MAX)的一个例子。这种IC可测量热二极管和其自身的温度，测量上限可高达,同时还提供过温告警输出，触发温度可通过SMBus编程。打破常规创造思维！”当我们努力在寻求分析问题的解决方案的时候,我们很可能无数次听到这样的劝告。的确我们经常是由于受到非常规经验的激发从而真正地找到问题的解决方案；我们可以找到一种新的方法能让复杂事物变得简单,温度滴定就是一种新的方法,能解决艰难的滴定问题。 接下来我们将阐述如何运用一点创造思维来解决客户的问题。在这个案例中，这个客户是一家提供定制镀锌服务的服务商。他们正在修建一个新型现代化的工厂。但是他们却发现当前的分析方法都不能满足他们的要求，因为他们修建的工厂将不需要很多工人但是个个都要求掌握了多种技能，并且能进行自动化管理，有很高的可行性并有严格的（甚至在线程序控制来减少各种质量偏差并降低成本。 有关分析的问题都围绕着镀锌前处理槽，主要是指酸洗和预涂焊剂溶液。在酸洗溶液中，被分析物为游离酸自由铁自由锌和自由氯化物。在预涂焊剂溶液中，被分析物为铵铁锌氯化物和“酸量”-一个溶液剩余缓冲量的测量标准。目前游离酸是用苛性纳人工滴定测定的；“酸量”是用盐酸人工滴定测定的；氯化物是用硝酸银人工滴定测定的；锌和铁是运用原子吸收分析方法分别测定的；铵是使用凯氏蒸馏法测定的。但是这种分析速度远远达不到客户在新工厂所需的程序控制要求。总结出来就是需要提出一种综合解决方案。它能够实现迅速在线滴定分析，并能将分析结果传送到程序控制器。 温度滴定分析显然是能对这个问题提出最好的解决方案。温度滴定非常简单但具有多功能性，这是由于它使用了一种及其灵敏坚固的热敏传感器。这种传感器是非特定的传感器，它仅仅只测量温度。只要化学反应是放热或是吸热反应，那么就可能适用于温度滴定。这与PHREDOX和ISE滴定完全不同，这些滴定顾名思义都是限制在指定的应用范围。 因为这些电极为电化传感器，用来测量测试溶液中潜在的变化，则它们需要与溶液发生直接的电接触。这就是它们的致命缺点。精密的传感器膜和参比连接可能会中毒弄脏甚至堵塞。与热传感完全相反的是，电化传感器更复杂不灵活而且会加大维护延长潜在的系统故障停机时间。 由于热敏传感器对大部分化学溶液都不受影响，所以就通常无须对浓缩溶液进行一系列稀释操作。这样不但能节省时间还能降低误差的发生率。一般情况下我们可以使用超浓缩的滴定剂。温度滴定的最大特点就是整个过程所花的时间仅仅是几分钟。 根据温度滴定实验显示仅仅通过单滴滴定就能对同一样品中的物体进行多种析。这种在单滴滴定中取多个终点的概念已为一种新的简单易管理的系统提供了最好的展望。这也就是解决上述客户问题的起点。首先要解决酸洗溶液分析问题。在运用氢氧化钠滴定测定综合混合物中的酸时候，最多只能得到三个终点。第一个终点为中和游离态酸，第二个表示Fe+ 的氢氧化物沉淀，第三个则表示该溶液中Fe+ 和 Zn+的氢氧化物沉淀。对综合混合物的检查显示Fe+ and Zn+的氢氧化物连同氢氧化钠一起沉淀。图一显示含有Fe+离子酸洗溶液的温度滴定曲线（用于终点定位。 先通过温度氧化还原滴定得到Fe+含量，再用氢氧化钠滴定分析出来Fe+ 和 Zn+ 的总含量，再将总含量减去滴定得到的Fe+含量。运用重铬酸钾来作滴定剂，产生强烈的放热反应，从而由此获得非常精确的滴定终点。图形中的第一和第二次的派生曲线就说明了这个结果。从一种分解点产生过程的观点来看，使用这同一种传感器对酸性和氧化滴定法都有很明显的作用。 由于在使用助熔剂前就存在铵锌混合溶液，我们又将面临一项挑战。如果我们如以往般用氢氧化钠作为滴定剂，就有可能产生铵化锌溶液干扰的问题。这令我们想到的是一种普遍的方法可能被强制性的使用在肥料工业中。其中包括了铵同甲醛的反应产生了四氮六甲环和酸： 既然铵被破坏而锌又释放出来（从化学上说酸形成的地方等同于铵，那么我们就有可能用氢氧化钠滴定法来测量铵（也作酸和Fe+ & Zn+ 混合溶液的浓度。在酸洗混合溶液分解当中，测定Fe+ 的浓度要分开使用重铬酸盐滴定法。图中第一及第二次的派生滴定曲线阐述了铵和Fe+ & Zn+ 混合溶液的浓度测量结果。在使用助熔剂前就可测定酸的含量足以证明让盐酸作滴定试剂的确是一种容易的温度滴定法。 在这个发展阶段，客户被提供的是一个非常简单的解决办法；所有需被分解的样品都可以用温度滴定法来测定（从阳离子分解物的浓度中估计氯化物，而所需要的仅仅是一台温度滴定调节装置和四个带活塞的滴管。如果客户要求单独对氯化物进行估算，那么只要使用硝酸银作为滴定试剂,同时已被很好证实过使用这种简单的滴定法就可以办到。客户可以选择将温度滴定仪作为一个独立的装置放在实验室的凳子上，或是形成一体化在线分析系统。在线系统中，所有的滴定是由一个滴定管和一个传感器完成的，并通过一个正位移计量泵调整所有样品和滴定剂的流量。容器的清洗和排放都是自动化的，无论你是作为一个实验室分析员，还是在线系统中的领域分析员，这种滴定软件提供的是分析过程的全盘自动化。 温度滴定法是一种为复杂滴定提供简单分析答案的全新的分析方法。传感器电子电路的主要目标是为控制单元提供与被测物理量呈正比的“纯净”信号。通常，来自传感器的信号经过调整后，再进行模数转换。每一个阶段都会产生误差，并被累加到被测信号上。噪声通常被低通滤波器立即消除，模数转换误差也被限制在可接受的范围内，而通过选择所需的最高分辨率，传感器的热效应误差也可以忽略不计，或者更可能的是在数字域内对其进行补偿。 只要系统外围的检测器数目相对较少，那么在数字域进行的热补偿是可以接受的。不过，随着传感器数量的不断增加，系统的可靠性和性能将急剧下降。因此，自适应传感器偏置技术成为解决这个问题的关键。 现在以桥式压力传感器为例来说明此问题。在这种类型的设计中，四个将压力转换成电阻值的传感器被搭成惠斯通电桥(见图)。参考电压施加在其中的一组对角上，阻抗值的任何变化都将在另一组对角的电压值上反映出来。理想情况下，当没有施加压力时，四个阻抗值是相等的，惠斯通电桥处于平衡状态，因此没有电压输出。不过，环境的热效应将使系统产生微小的不平衡，从而导致在被测电压中出现噪声。 因此，我们的挑战是设计一个能够对热漂移进行动态补偿的系统解决方案，以便在整个工作温度范围内，当没有压力输入时，电路没有电压输出。此外，在全温度范围内，对于一个给定的压力值，电路的输出应该是一个恒定值。 惠斯通电桥两个电压输出的差值必须被分解为两种不同的量：代表所测压力的电压和偏移电压。对一个给定的恒定温度，电压差的变化范围称为跨距(Span)，它起始于偏移电压。惠斯通电桥需要增加两个额外的电路来补偿跨距和偏移值的变化。每个电路模块都由数字控制电位器(DCP)产生的可变电阻进行动态控制。Pot和Pot是DCP的模拟电阻阵列，阻值分别为“a”和“b”(见图)。 只要传感器工作在等温环境中，传感器的偏移和跨距就将保持在预期的范围内，因此“a”和“b”将固定不变。一旦温度变化，为了使传感器的输出保持在稳定的特性范围内，就必须重新调整这些滑动触点的位置。在这种情况下，“a”和“b”的调整标准将由外部温度 传感器和DCP中的片上EPROM寄存器共同提供。DCP根据传感器的温度和压力特性，执行查找表操作，找出事先存储在EPROM中对应的典型差分电压。 虽然以上分析是基于压力传感器电路，但主要的原理(如传感器偏移和跨距的热漂移)能够以类似的方式适用于其它任何传感器电路。使用Xicor公司自适应可重调整电位器的XDCP解决方案，将为这些应用增加更多的自由度。动态平衡阀分为流量（流量动态控制阀和压差控制两种，根据实际需求选用。动态平衡阀用于解决各台末端因温控阀门频繁动作而引起的支路压差平衡问题。其和静态区别在于：静态平衡阀需要通过专用智能仪表进行一次性调试后锁定，将系统的总水量控制在合理范围内，但是每次改动都需要通过仪表对阀进行再锁定，动态的是自力的不用这么麻烦的，依靠管网中被调介质自身的压力变化进行自动恒定流量，静态的在工程造价上要略微便宜些。