水温检测

关键词： 内燃机车 冷却 水循环 机车

水温检测（精选七篇）

水温检测 篇1

本设计以PIC16F877单片机为核心,综合A/D和D/A转换,数码管显示等模块,完成实时监测和基本信息的记录和输出等功能。

1. 系统的核心——PIC16F877单片机

PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品,属于PICmicro系列单片微机,具有多个内嵌模块,不仅包含传统的CPU、ROM、RAM以及I/O接口,更集成了八组输入输出的模数转换器、定时器、同步/异步串行通信接口以及用于控制直流电机的CCP等多种功能,适应当前工业自动化以及数字控制技术的发展。

在本设计中,需要对PIC单片机的I/O接口,A/D及D/A转换器进行初始化。

2. 温度采集系统的设计

温度采集系统也可以称其为模拟信道,是利用热电偶等温度传感器将内燃机车散热器进出口水温度转换为电流信号,经放大处理输入到单片机检测系统的装置。

2.1 温度传感器

传感器的作用是把非电的物理量转变成模拟电量。通常把传感器输出到A/D转换器输入的这一段信号通道称为模拟通道。综合考虑设计要求以及经济性可行性,本设计采用ADI公司的TMP17温度传感器,它采用电流输出,精度较高,灵敏度较好,价格适中,符合应用要求。

2.2 低通滤波放大器

传感器和电路中的器件常会产生噪声,人为的发射源也可以通过各种或和渠道使信号通道感染上噪声。为提高模拟输入信号的信噪比,可以用信号滤波器(Filter)来衰减这些噪声。本设计采用RLC二阶有源滤波器,如图1所示。

3. A/D转换模块

PIC16F877单片机内部集成了A/D转换部件,并且有8个A/D输入通道,通过编程,即可实现单路或多路A/D转换的功能。

要利用该模块,需对其进行初始化,具体步骤为:

3.1 设置A/D转换模块

对模拟引脚/基准电压/数字I/O(ADCONl)进行设置;

选择A/D输入通道(ADCONO);

选择A/D转换时钟(ADCONO);

打开A/D转换模块(ADCONO)。

3.2 如需要A/D中断功能,设置A/D中断

3.3 等待需要的采样时间。

3.4 对GO/DONE位置1,启动A/D转换。

3.5等待AlD转换完成，可以通过以下两种方法中的其中一种来判断:软件查询GO/DONE位的状态是否为0;待A/D转换完成中断。

3.6读A/D结果寄存器对ADRESH和ADRESL，如果需要，对A/D转换完成标ADIF清零。

4. 输入输出通道的设计

4.1 按钮开关的运用

本设计采用多路控制按钮开关控制操作,将单片机RB口的RB0～RB5设定为输入,用来执行操作命令。RB6～RB7设定为输出,用来控制外扩端口芯片8255A的片选信号。

以下为RD口初始化程序:

4.2 输出模块的处理

输出采用LED数码管,而在显示过程中,PIC16F877的通用I/O口已经不够用,需扩展8255A芯片。在软件编程中,若对高位输出(即对PC口输出),加入如下语句,选通PC口:

若对低位输出,则相应的改变变量即可。

本设计采集的信号经处理后为二进制数,需要转换为BCD码。本设计采用硬件译码方式,利用译码器7447来将二进制数转换为BCD码,然后向LED输出。

4.3 警报灯

由于冷却系有一安全温度上限,故在设计时无比考虑超温警报。在软件中设定针对不同的传感器设定不同的上限值。本设计中,实际上是对RD口的写操作来完成功能的。当超温时,黄灯亮,正常绿灯亮。

5. 辅助系统——晶振以及人工复位按钮

PIC系列单片机设计了4种类型的时基振荡方式供用户选择:标准晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式XT;高频晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式HS(4MHz以上);低频的晶体振荡器/陶瓷谐振器振荡方式LP(32.768KHz);外接电阻电容元件的阻容振荡方式RC。

在许多单片机应用场合需要设置人工复位按钮开关,以便在单片机运行到我们不希望的状态下或者死机的情况下,利用人工复位按钮开关强行迫使单片机复位,重新运行,外接复位开关可以和外接延时复位电路统筹考虑,给单片机的MCLR一个低电平,使其复位。

6. 电子电路仿真环境

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:(1)实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。(3)提供软件调试功能。在仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。(4)具有强大的原理图绘制功能。总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。

7. 仿真结果

经过硬件连接、软件编程和后期调试,得到最终硬件连接如图2所示。

该系统完美运行温度的测量并输入,数字信号的输出并显示,超温报警,并且能显示时间,设定司机号等辅助功能。系统稳定,可靠性高。

摘要：目前,内燃机车上已经能用机车运行监控记录仪和其他微机显示控制装置监控机车运行状态,但是还没有实时检测内燃机车散热器进出口水温度的装置。而内燃机车冷却系统的工作状态直接影响了机车安全运行以及各部件的正常冷却。本文针对东风系列内燃机车设计了一种利用单片机实时监测高低温水进出口水温的数字监测装置。当机车运行时,司机根据显示的水温来判断机车运行状况,做到心中有数,具有重大现实意义。

关键词：内燃机车,冷却系统,单片机

参考文献

[1]李学海.PIC单片机原理[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004年5月

[2]李学海.PIC单片机实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004年6月

[3]秦明宏著,卢伯英译.P I C单片机技术参数[M].北京:科学出版社,2010年4月

[4]闫广明著.P I C单片机常用模块与典型实例[M].北京:机械工业出版社,2011年4月

[5]秦明宏著,卢伯英译.P I C单片机基础与传感器应用[M].北京:科学出版社,2010年4月

[6]李荣正.PIC单片机实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006年2月

[7]王学明.铁道机车总体技术[M].成都:西南交通大学出版社,2009年3月

水温检测 篇2

南瓜坪电站通过修建水库蓄水带来了发电、灌溉、防洪等综合效益, 然而水库蓄水的同时, 也引起了河流水文、泥沙、地貌、生态等各方面的环境影响。水温是水质因素的一个重要变量, 水温的变化会给库区及下游河道的水质、水生生物的生长及工农业生产带来一系列的影响, 并且对水工坝体温度应力分析、施工温控设计、继电机组冷却等也有重要影响。因南瓜坪水库下游的团结大沟是永胜县三川镇农业灌溉的主要水源工程, 三川镇又是丽江市粮食主产区, 本文通过南瓜坪水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化的预测分析。结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况, 评价水库兴建后对下游农田灌溉的影响。

2 工程概况

为充分开发和利用五郎河流域水资源, 根据《云南省丽江市五郎河流域规划》, 拟对五郎河流域实行"三库十电站"梯级开发, 南瓜坪电站是流域梯级开发中的一级, 工程以发电为主要开发目的、兼顾灌溉。电站装机容量33MW, 水库正常水位2250m, 总库容2668万m3, 调节库容1656万m3, 灌溉面积为5.16万亩, 灌溉用水量4956万m3。

枢纽工程位于丽江市宁蒗县南部战河乡南瓜坪村, 水库坝址处东经100°48′08″, 北纬26°54′42″。南瓜坪水库位于五郎河上段碧源河, 电站下游500m为规划的干布河电站, 距离宁蒗县战河乡20km, 距离永胜县三川镇km。南瓜坪水库水系图见图1。

团结大沟为流域内已经建成的较大引水工程, 位于南瓜坪水库下游约25km。团结大沟于1973年全线贯通, 控制灌溉面积5.16万亩, 引水渠从永胜县光华乡水井村取水, 流经光华、金官、梁官, 全长51.7km。2004年对渠道全线进行了改造, 采用混凝土、浆砌块石衬砌。改造之前只有水井至板山河段能维持通水, 灌溉面积仅1.6万亩, 改造后设计取水流量为5.0m3/s, 灌溉面积为5.16万亩, 总灌溉用水量4956万m3。

工程所在流域属低纬高原季风气候区, 干湿季分明, 因受高原和高山峡谷地形的影响, 立体气候显著。宁蒗气象局实测资料, 多年平均气温12.6℃, 最高气温31.4℃, 最低气温-9.7℃, 多年日照时间为2341.4小时。水库坝址处控制流域面积512 km2, 流域多年平均降水量为1087.4mm, 坝址处多年平均流量7.53m3/s, 多年平均径流量为2.334亿m3。

3 水库水温变化分析

3.1 水温结构判断

南瓜坪水库建成蓄水后, 库内流速从上游到坝址处渐渐减小, 水库水域如同湖水一样, 河流水体性质发生改变, 长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化, 导致水库整体的水温结构将发生变化。除了受气候条件影响之外, 库区水温还取决于水库规模和库内水流急缓状况。水库水温结构大致分为分层型和混合型两种类型, 一般根据库水交换次数指标a值判断库区水温结构。根据《水文计算规范》 (SL278-2002) 水库水温分布类型判别的经验公式 (D.1) :

a=W/V

式中, a为判别系数, W为多年平均年径流量, V为总库容

南瓜坪水库坝址多年平均净流量为2.361亿m3, 水库总库容为2668万m3, 根据经验公式 (D.1) , 计算出a=8.8, 由此可判别出南瓜坪水库水温分布类型为分层型。即水库蓄水后, 将导致水库水体水温与天然水体水温发生变化, 水温垂向分布发生较大变化, 主要表现为水体表面和库底水温的差异。

3.2 水温变化预测

3.2.1 水温垂相变化分析

水库水温分布包括横向水温分布和纵向水温分布。国内水库实测成果表明, 瞬时水温等值线的走向基本上是水平的, 只是在库岸、浅滩附近或有洪水入库扰动时个别情况例外, 即使有波动, 仅仅是局部的和临时的, 且温差很小;年、月平均水温等值线, 几乎完全是水平的。故本次只预测水库水温的垂向分布情况。

根据东北勘测设计研究院公式:

式中:

式中Ty-从库水面计水深为y处的月平均水温 (℃) ;T0-库表面月平均水温 (℃) , 可根据设计水库库区的气温并利用气候条件相似同类水库的气温~库表水温关系求得, 也可用已建水库库表水温与纬度的关系插补;m-月份, 1、2、3、…、12月;n、x-与m有关的参数;Tb-库底月平均水温 (℃) ;对于分层型水库, 各月库底水温与其年值差别甚小, 可用年值代替;对于过渡型和混合型水库, 各月库底水温可用式 (D.2-4) 计算, 该式适用于23°~44°N地区:N-大坝所在纬度;Tb′、K′-参数, 其值见表D (参见《水文计算规范》 (SL278-2002) ) 。

因南瓜坪水库坝址处无气温和水温实测资料, 采用纬度和高程相近、且属于同一气候区的宁蒗县庄房水文站实测水温资料来代表南瓜坪坝址处天然水温资料, 坝底水温根据式 (D.2-4) 和南瓜坪水库坝址纬度进行推算。

根据推求的水库表面水温和库底水温, 利用中国水利水电科学院经验公式计算坝前水温的垂直分布情况, 见表1、图2:

从该水库坝前水温计算结果来看, 水库水表温度随气温的变化而变化, 随着气温的逐渐增加, 水库水面水温逐渐增加, 库表水温在7.5℃~19.7℃之间变化。在垂向分布上, 冬季1、2、12月水库水温出现逆温, 即随着坝前水深的增加, 水库水温逐渐增加, 3月和11月, 气温和水体温度差异不大, 水温随水深的增加而降低, 但温度梯度变幅不大, 其余月份, 水库水温沿水深的增加, 水温逐渐下降, 且延着水深的增加, 梯度逐渐减小。在水深0～30m之间水库水温梯度较大, 在30m水深以下, 水温梯度较小。

单位:℃

南瓜坪水电站取水口底板高程2230m, 取水口最大水深20m, 按照其他水库经验, 水库下泄水量水温以水深为18~20m处水体水温为下泄流量的水温。由垂向水温分析结果可以得出, 坝前20m水深处水体 (即南瓜坪水库下泄水量) 年平均水温较天然水温下降1.7℃。

3.2.2 水库下游水温延程变化分析

南瓜坪电站为坝后式电站, 水库下泄流量水温即为电站尾水水温。电站尾水口与下游团结大沟 (主要是农田灌溉) 取水口之间的距离约25km, 区间入流较多, 其中流量较大的主要有清水河、西布河和沙力河等。其中, 清水河在南瓜坪水库下游1.4km汇入, 西布河在水库下游7.8km处汇入, 沙力河交汇口局南瓜坪水库9.2km。根据支流汇入口的位置和汇口以上流域面积, 利用下游总管田水文站径流资料, 可以分别计算出各支流多年平均流量分别为2.18m3/s、3.88 m3/s和2.68m3/s。与南瓜坪水库坝址处多年平均流量为7.61 m3/s相比, 各支流来水量较大, 从南瓜坪水库下泄的低温水 (比天然水温低1.7℃) 通过河道长距离的自然增温 (按每公里增温0.04℃计算, 25km河道增温达1.0℃) 和支流来水量天然水温的平衡作用, 到团结大沟取水口时, 通过南瓜坪水库下泄的低温水与原天然河道的水温差异已经很小。

4 对下游农田灌溉的影响分析

通过对南瓜坪水库水温的垂向变化和延程变化趋势分析, 南瓜坪水库的建设改变了河道水体的水力学性质, 导致水库整体的水温结构发生了变化, 水库水温分布形成分层型, 从水库下泄的水体水温较天然水温下降了1.7℃。由于水库 (或电站) 尾水至下游农田灌溉沟渠———团结大沟取水口距离长达25km, 且区间有较大支流加入, 对低温水起到自然增温和平衡水温的作用, 因此, 南瓜坪水库建成后形成的低温水对下游通过团结大沟的农田灌溉用水水温基本上不会造成影响

摘要：南瓜坪水库的建设导致河流水体性质发生改变, 长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化, 导致水库整体的水温结构将发生变化。本文通过对南瓜坪水库建设后水温的垂向变化和延程变化趋势进行分析, 对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行了分析评价。

关键词：水库,水温分析,评价

参考文献

[1]中华人民共和国水利行业标准, 《水文计算规范》 (SL278-2002) 。

[2]朱伯芳.库水温度估算.水利学报, 1985年第2期。

水库坝址水量水温耦合计算 篇3

美国和前苏联在20世纪30年代开始了水温的监测分析工作,并在以后的发展过程中,在水温数学模型的建立和应用方面一直处于世界前列。前苏联在现场试验方面做了大量的深入细致的工作,日本在水库低温水灌溉对水稻产量的影响及水库分层取水方面进行了很多研究[1],70年代国外研究水库水温比较活跃[2,3],80、90年代,对水库水温模型研究进入高潮阶段,其中以DYRESM使用的最为广泛[4]。我国从50年代中期开始进行水库水温观测[5];60年代进行过水库水温特性的分析研究工作,70年代有部分生产单位在水库水温估算方面取得了进展;进入80年代以来,有更多的单位开展水库水温研究工作,并取得了一批有价值的研究成果[6,7,8]。以后我国的许多研究者不断对一维数学模型进行了修改和和补充,使一维数学模型不断得到完善[9,10]。

为了充分发挥水利工程的综合效益,就水库建成后可能造成的生态环境影响,进行全面深入的分析预测,而水温是水环境影响中的重要因子之一。本文采用一维水动力学模型与一维水温模型,考虑了辐射、气温、云层覆盖度、湿度、风速、地形等对天然河道的综合影响,分析了天然河道的水温随时间空间的变化规律[11,12]。文中首先利用实测资料对水动力学模型进行参数率定;在用水动力学模型与水温模型耦合,主要考虑了河道的热扩散系数进行优选,使数值结果与实测结果吻合[13],利用率定好的参数进行验证,其结果都在允许误差范围内。利用率定好的模型进行天然河道的水温数值模拟,其结果符合金沙江上游水温随时间的变化规律。

1一维水温流体动力学模型

1.1一维非恒定流水动力模型

以z和Q为因变量的圣维南方程组为:

式中:x为沿水流方向的距离;t为时间;Q为流量;z为水位;A为过水断面面积;B为水面宽;q为单位河长旁侧入流; K为流量模数;g为重力加速度。

1.2一维水温模型

写出河流的纵向一维水温迁移转化基本方程为:

式中:t为时间,d;x为距离,m;T为t时x处的水温,℃;u为河段流速,m/s;E为热量在水中的扩散、离散系数,m2/s;ρ为水的密度,kg/m3;Cp为水的比热;φA为t时微河段水面接收的总的净热流量,J/(m2×h);H为水深,m。

1.3求解方法

对一维水温流体动力学方程组采用有限差分法,这里使用考虑时空的普列斯曼(Preissmann)格式即四点时空偏心隐式格式,再采用追赶法对方程求解。

2一维水量水温耦合模型模拟验证

由于金沙江上游计算江段较长,本文将计算河段分为直门达水文站至巴塘水文站、巴塘水文站至奔子栏水文站两段。第一段的上游边界为直门达水文站所在断面,给定相应的流量,下游边界为巴塘水文站所在断面,给定相应的水位,上游水温边界为直门达水文站所在断面,给定实测水温;第二段的边界条件与第一段类似。

2.1水动力模型参数及率定

2.1.1模型参数率定

水动力学模型中需要率定的参数为河床糙率、数值差分计算模式的时间加权系数和空间加权系数。参数率定均采用试算法,即先根据经验给出初定参数取值,据试算结果与观测结果的比较,对取值进行调整,反复试算,直到计算结果与实测结果符合较好。本文根据计算江段的水文资料,对平水年1977年6月～1978年5月的日水文资料分段率定参数。得到平水年直门达水文站至巴塘水文站的糙率系数为0.035 2,巴塘水文站至奔子栏水文站的糙率系数为0.032 1。对代表年分江段率定参数得到的水位、流量模拟值与实测值拟合较好,精度较高。代表年的水位、流量计算值与实测值比较见图1、2。

从图1、2可以看出,代表年流量、水位拟合较好,计算水位、流量过程线也与实测水位、流量过程线变化趋势相一致。代表年巴塘站水量计算模型效率系数为98.25%、过程线误差1.32%,直门达站和巴塘站的水位计算模型效率系数、过程线误差分别为96.61%、3.77%,96.15%、3.08%。进一步说明了率定的水动力参数能够比较准确的反映金沙江上游流域的水文实际情况,说明水动力模型结构和参数率定合理。

2.1.2模型验证

根据所给代表年水文资料率定的参数,采用另选的典型年1965～1966年的资料进行水位验证,用1982～1983年资料进行流量验证。计算流量和水位与实测值的比较见图3、4。通过验证,直门达水文站水位计算模型效率系数96.70%,过程线误差3.95%,水量计算模型效率系数为97.14%,过程线误差为2.33%,验证结果较好,说明参数率定合理。

2.2水温参数率定及验证

2.2.1水温模型参数率定

将水动力学与水温耦合计算,对水温参数的取值进行率定验证,主要优选了河道热扩散系数。在一维非恒定水温模型中主要考虑太阳辐射进入水体热源、水的比热、水的密度、水深和河道热扩散,河道热扩散系数考虑了随地区不同的影响。本文将直门达实测水温作为模型上边界输入条件,采用平水年1977～1978年的巴塘站的实测月平均水温进行模拟,其结果见图5。得出河道的热扩散系数E的取值为18 m2/s。天然江段,巴塘站最大绝对误差为0.5℃,发生在78年的4月份。

2.2.2模型验证

采用丰水年1954～1955年、枯水年1959～1960年岗拖站的实测月平均水温进行验证,其结果见图6和图7。从图中可以看出,计算水温和实测水温拟合较好,绝对误差都在0.6℃以下,说明水温模型参数率定合理。

3一维水量水温耦合模型计算坝址水温

利用金沙江上游4个测站的实测资料分析结果见表1和图8,通过4个水文站的实测水温资料分析可以得出水温的时空变化规律为:各站年内变化明显,水温在7～8月达到最大,11～1月达到最小。从直门达到石鼓,水温呈稳步上升趋势,河道沿纵向有明显的、较稳定的温升梯度。

利用率定好的水动力参数和水温参数,用水量水温耦合模型计算金沙江上16个梯级水库坝址处平、丰水年各月的沿程水温计算结果如图9和图10。

从图中可以看出,采用一维水量水温耦合模型计算的坝址处水温年内变化规律是7月和8月最大,最小值出现在1月。且水温的沿程变化规律是从上游向下游递增,有比较稳定的温升梯度。这与金沙江上游的水温随时间空间变化规律一致,进一步说明了一维水量水温耦合模型计算的各拟建梯级水库坝址处水温值是合理和可靠的。

4结语

(1)全面分析了影响河道水温变化的各种因素,确定了应用于计算坝址处水温的一维水量水温耦合模型,且该模型能够反映所有辐射、气温、云层覆盖度、湿度、风速、地形等对天然河道的综合影响,是有物理基础的模型。

(2)水动力模型模拟和验证结果表明:水动力学参数能够比较准确的反映金沙江上游流域的水文实际情况和水动力特性,参数率定合理,计算精度高。

(3)一维水温模型模拟和验证结果表明:水温参数率定合理,计算的坝址天然水温能够较好地反应水温的时间空间变化规律。

(4)通过计算的坝址处天然水温,可以为环境保护评价提供一些基础资料。

捷达轿车水温超高故障的排除 篇4

捷达轿车工作水温在97℃左右属正常, 有时超过102℃, 但能降下来, 也属正常。一旦水温超过110℃, 水温报警灯开始点亮, 并有报警蜂鸣声, 以提醒司机注意:水箱就要开锅。水温过高主要有3个方面问题:一是发动机冷却系统有问题;二是电控散热系统有问题;三是水温监控系统有问题。造成发动机水温过高原因可能有:水箱外部脏污或空调冷凝器和水箱之间塞了很多纤维状物质等, 造成水箱散热不良, 引起水温偏高;节温器损坏造成打不开, 使冷却液不能顺畅进入水箱形成大循环, 水温很快升高造成开锅;冷却水泵损坏而不能将冷却液送至水箱冷却, 造成冷却液循环不良, 使水温过高, 直至开锅;水箱及发动机水套水垢太多, 造成散热不良, 水温升高。建议车主全年使用防冻液, 防止水垢, 同时也可提高沸点温度;储液罐缺水, 冷却液过少也会造成水温过高, 必须及时添加冷却液;冷却系统内部有空气, 造成冷却水不能正常循环;汽缸垫损坏, 导致汽缸中高温高压气体进入冷却系统而使水温很快升高至开锅, 必须更换新缸垫。

捷达轿车的散热风扇是电控的, 一般水温在93℃左右时, 电子扇以低速挡转动;当水温在102℃左右时, 电子扇以高速挡运转。打开空调开关同时, 电子扇也将以低速挡运转。电控系统造成水温过高的原因有:散热电子扇内部电阻、线圈、电刷等部件损坏造成电子扇不转, 或者没有高速挡或低速挡, 使电子扇的强制风冷不起作用, 造成水温过高, 需要及时更换电子扇;也有可能是水温开关故障。水温开关内部设有两个开关:一是在93℃左右接通使风扇低速挡运转;二是在102℃左右接通使风扇高速挡运转, 增强风扇散热能力。检测时, 可在相应温度下用万用表测两挡开关是否闭合, 必要时更换新的。电子扇是靠继电器控制的, 继电器损坏, 造成电子扇不运转, 没有强制风冷而使水温高;也有可能是空调继电器损坏。打开空调开关, 电子扇必须以低速挡运转, 与冷却水温高低无关;当空调系统压力超过一定值时, 电子扇还应以高速挡运转。如不正常, 应检查空调控制系统;也有可能是电控线路短路、继路, 保险丝熔断等, 都会造成电子扇不运转。如果以上两方面检查均无问题, 一般不会出现水温高、开锅问题, 剩下的就是水温监测系统问题, 如水温表显示水温过高或过低, 以致形成误报警。

监控系统故障原因可能有:水温传感器损坏;水温表显示不正常, 可用专用测量工具检测水温表的测量基点和范围, 如不正常则需要换水温表;正常情况下, 稳压电源输出应在9.5~10.5 v范围内, 如果输出电压过高或过低, 也会使水温表显示不准确, 可能显示水温过高, 以至报警灯亮。有的捷达车有两个相似的都像水温传感器的插头, 一个是水温传感器, 另一个是进气歧管加热控制开关, 如果两个插头插反, 也会使水温表显示错误。电路本身线路故障也会使水温表显示错误, 一般线路连接最大电阻不应超过0.5Ω。通过以上的逐层分析逐步检修, 水温超高的故障基本可以排除。

电热式水温表常见故障排查 篇5

一、电热式水温表的工作原理

电热式水温表与电热式传感器, 是利用传感器中热敏元件将水中的温度转换成不同频率的脉冲电流, 输送给水温表, 使水温表中的双金属片产生热变形, 指示水温读数。

电热式传感器的外形是一个密封的铜套管, 内装有条形的双金属片, 上面绕有加热线圈。线圈一端接在双金属片的触点上, 另一端与线柱相接, 静触点与外壳相接。

当水温不高时, 传感器内双金属片变形不大, 动触点与静触点间的接触压力较高, 使电路中电流平均值增大, 这时水温表内双金属片上的加热线圈发热, 双金属片产生变形, 指针指向刻度盘低温的位置。

当水温升高时, 传感器内的双金属片开始变形, 动触点与静触点间的接触压力减弱, 并产生间接的振动, 使电路中电流平均值减小, 水温表内的双金属片弯曲度也随之减小, 指针指向刻度盘高温的位置。

二、常见故障排查

1.接通电源开关后, 水温表指针不动, 其原因多为电路有断路之处。

把连接水温传感器的导线拆下, 直接与机体相触, 同时观察表针的指示位置, 会出现两种情况:

一种情况是:表针立即由100℃向40℃方向转动, 说明水温表正常, 水温传感器有故障。

另一种情况是:表针仍停在100℃以外不动, 说明水温表内线圈或连接的电源线有断路或接触不良之处, 应再进一步检查。

(1) 打开仪表盘, 取一根导线, 一端与水温表的电源接线柱相接, 另一端与机体擦划。若出现火花, 说明电源线完好, 若无火花, 表明电源线有断路或接触不良处。

(2) 当查明电源线完好时, 用一根导线, 一端与水温表的另一接线柱 (与传感器相接的接柱) 相接, 另一端和机体相触。如表针立即由100℃以外向40℃方向偏摆, 说明水温表完好, 水温表与传感器的连线有断路或接触不良;若表针仍不动, 说明水温表本身有故障。

2.水温表经常被烧坏。

其原因是水温表至传感器之间的导线有搭铁短路之处或传感器内有短路。出现这种故障的现象是:接通电源开关后, 水温表指针便从100℃以外偏至40℃处。当水温升高时, 指针仍停在40℃处不动, 时间一长, 水温表内线圈烧坏, 表针便从40℃立即返回100℃以外处。当查明水温表确实已烧坏, 在更换新的水温表以前应做如下检查:

(1) 断开电源开关, 将新的水温表的两接线柱连线接好, 拆下传感器的接线头, 再接通电源开关, 并注意观察表针。若表针停在100℃以外处不动, 说明水温表与传感器间的连线良好;若水温表指针立即从100℃以外转向40℃, 说明水温表与传感器之间的连线有搭铁、短路之处。

(2) 当水温表与传感器之间的连线良好时, 把传感器接线接上, 然后启动发动机, 待水温升至80℃左右时, 再接通电源开关, 观察表的读数。若表针从100℃以外转到与水温相符的刻度, 说明传感器良好, 若水温表的指针转到40℃处不再偏摆, 说明水温传感器内部有搭铁短路。

三、水温表及其传感器的校验

将传感器放入水槽中, 接通加热电炉的电源, 将水加热到40℃和100℃, 各保持3min, 同时接通测温直流电源, 观察水温表, 其指针指示的偏差在40℃时不大于±10℃, 在100℃时不大于±5℃。若不准确, 可相应调整扇齿, 必要时拆开传感器壳体调整固定触点螺钉, 如果水温表所指温度比实际温度低, 表明传感器加热线圈烧坏。

水温表及其传感器的技术状态, 也可以用测量它们的加热线圈的电阻值判断。

四、水温表和传感器的修理

具有语音功能的水温控制系统 篇6

本系统采用SPCE061A单片机、Pt1000及其外围电路设计了具有语音播报和显示功能的水温控制系统。凌阳十六位单片机SPCE061A实现温度处理和控制, Pt1000和电压放大电路实现温度信号采集, 系统通过PID算法实现对电炉通断控制。

该系统可以实现在烧水过程中对水温的控制, 极大地方便了人们的生活。该系统可应用于锅炉等需要进行温度控制的工业设备上, 能提高设备的安全性, 节约能源。

1. 研究内容

随着电子技术的快速发展, 具有语音功能的设备越来越多地在工业, 交通, 通信等领域得到应用。具有语音功能的设备的理论和技术也日趋完善和成熟。人们对设备语音化的实际需求也越来越迫切, 使得具有语音功能的实用化产品不断出现。语音技术的发展使得许多系统更加友好, 更方便用户对系统的控制, 比如说具有语音功能的手机、具有语音功能的家电控制系统。本系统设计的是一个具有语音功能的水温控制系统, 对象为1升净水, 加热器为1千瓦电热炉。要求能在40摄氏度至90摄氏度范围内设定控制水温, 静态控制精度为0.2摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调, 以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。

2. 方案设计

该设计包括测量和驱动控制两部分, 以下为两部分的方案设计和元器件选择。

(1) 测量部分

采用温度传感器铂电阻Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定, 它能用作工业测温元件, 且此元件线性较好。在0—100摄氏度时, 最大非线性偏差小于0.5摄氏度。铂热电阻与温度关系是

其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻;R0是温度为0摄氏度时的电阻;t为任意温度值, A, B为温度系数。

(2) 驱动控制部分

采用SPCE061A单片机实现驱动控制, 该单片机内置8路ADC, 2路DAC, 且在集成开发环境中, 配有很多语音播放函数, 用SPCE061A实现语音播放极为方便。另外, 比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口, 可以方便实现在线调试, 这大大加快了系统的开发与调试。

3. 系统组成

本系统组成包括CPU、数据采集、键盘设定、语音播放、数据显示、打印、加热部分等模块。系统通过这几个模块的共同作用完成具有语音功能的水温控制系统, 并实现温度曲线的输出、打印, 系统组成框图如图3-1所示。

语音播放:语音播放通过键盘设定的温度值, 并播报整数温度变化。

键盘设定:用于温度设定。共KEY1、KEY2、KEY3三个按键。

数据采样:通过Pt1000和电压放大电路采集的电压信号经AD转换后, 换算成温度值, 用于播报和显示。

数据显示:采用三位八段数码管显示设置温度并在按下KEY3键后显示测量的温度, 测量的温度显示到小数点后1位数字。

串行口传输:将采样温度值, 上传至PC机, 描绘曲线并打印。

继电器/热电炉:通过三极管控制继电器的开关来完成对热电炉的功率控制。

4. 主程序

主程序主要完成对系统的初始化, 系统初始化部分包括系统时钟、I/O口、中断设置 (开外部中断) 。这里将系统时钟设置为49MHZ, 单片机的串行输入输出接口初始化, 初始化按键扫描程序, 开启FIQ_TMA中断。

在本系统中, 主程序不断循环的扫描任务标志变量, 根据标志变量的值执行相应的动作。主要任务包括键值处理、语音播报处理、PID计算和继电器控制等。如图4所示是主函数流程图。

5. 系统功能

系统上电后, 通过KEY1和KEY2设定需要加热的温度。该设定值会通过数码管显示, 在设定到需要加热到的温度后按下KEY3, CPU根据设定的温度值数据控制电炉开始加热, 同时温度采集系统开始工作。在按下KEY3的同时数码管清零, 并开始显示采集到的水的温度, 测量的温度在数码管上显示到小数点后1位。温度采集系统每5s向系统传送一次数据, 该数据不但会在数码管上显示出来并通过语音系统播报整数值的温度, 而且会通过串口上传至PC机。同时系统通过PID算法计算该温度是否达到了设定的温度, 若已达到设定温度, 则断开继电器从而停止加热, 若未达到, 则重复以上过程。在温度达到设定温度后系统停止加热, 语音系统提示温度已达到用户需要的值, PC机通过收集到得温度值数据绘制温度曲线图。

6. 结语

由于SPCE061A的时钟最高可达49M, 32个I/O口, 而且具有一定的语音处理功能等, 这些都为我们实现电路提供了非常便利的条件。同时也因为开发环境友好, 易用, 方便同时配有语音播放函数, 这些大大加快系统开发设计。本系统核心是控制算法的设计和实现, 各方面指标基本达到设计要求。

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DCS锅炉水温控制系统优化设计 篇7

关键词：分散式控制系统,锅炉,水温控制,模糊,自适应

锅炉作为主要的热能设备,在生产、生活中使用广泛。目前我国大部分企业锅炉自动化水平较低,能耗大,浪费了很多煤炭资源,且排放污染气体,已经引起国际社会的关注[1—3]。我国大多数工业锅炉是人工控制,能源浪费严重,如何对锅炉系统进行有效的自动化控制,节能减排,提高安全性和生产效率,是需要重点研究的课题。采用分散式控制系统和智能控制算法相结合的方式,比传统控制方法安全,节省耗煤量和耗电量,提高热效率,且能直观、实时地显示锅炉的各运行参数,减少了工作人员的劳动和失误,具有很好的经济价值和实用价值[4—6]。

本文根据锅炉水温控制的特点,采用8051主控芯片,由AD590温度传感器采集锅炉出水口的水温,经过ADC0804的A/D转换器进行通信,单片机根据数字PID控制算法得到控制信号,调节锅炉风电机和给料机的变频器,通过控制电机转速控制锅炉水温。软件采用模糊自适应内模控制算法实现对水温的控制,可以根据温度显示数据对电机的转速进行实时精确控制。与传统的锅炉水温控制系统相比,该方法能够及时准确地对锅炉水温进行监控,更适合工业锅炉的自动控制[7—10]。

1 DCS系统

分散式控制系统(distributed control system,DCS),又称为集散控制系统。它是一个由过程控制和过程监控组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,是以微处理机为基础,以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C(computer,communication,CRT,control)技术于一体的新型控制系统。DCS系统具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等特点。DCS的多元化、网络化、开放化、集成管理方式,使不同型号的DCS可以互连,进行数据交换,并可通过以太网与工厂管理网通信,实现实时数据上网,成为过程工业自动控制的主流。

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机的可靠性高,计算机之间采用局域网方式通信,进行信息传输,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,改变或扩充系统功能,几乎不影响系统中其他计算机的工作。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系,从控制算法库中选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在线更换,迅速排除故障。各工作站之间通过网络通信传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。

2 锅炉水温控制原理及设计

2.1 锅炉水温检测原理

在热水锅炉应用中,要准确地检测水温有很多方法,本次设计采用集成温度传感器AD590来测量水温,精确到0.5℃。通过AD590来采集信号,然后通过模数转换,与单片机连接,并通过LED显示出来,同时把采集到的温度信号与给定值比较,如果温度高于给定值的最高值或低于给定值的最低值时,系统就会声光报警。在热水锅炉中,必须把水加热到100℃,然后保温,因此,必须要采用测量量程大于100℃的温度传感器。本文设计的系统是温度检测系统,可以使用热敏电阻之类的器件,利用其感温效应,在线将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,同时可以将被测温度显示出来。

2.2 水温检测系统框图

通过对系统大致程序量的估计和系统工作速度的估计以及I/O口需求量的估计,考虑价格因素、元器件市场因素,选定8051单片机作为系统的主要控制芯片。各种模拟信号均需通过A/D转换器转换成数字量,考虑到被测量的有效位数及其富裕量,选ADC0804芯片作A/D转换器。由于锅炉的内的温度可能超过100℃,选用AD590芯片作为温度传感器。采用LED数码管动态显示测得的数值,采用一片8路三态反相缓冲器74LS240作为字形码锁存驱动器,报警电路采用555定时器组成的振荡电路。

由温度传感器AD590采集温度信号,经过A/D转换成数字信号送入单片机,并由单片机控制LED显示出来,该系统同时有报警功能,当温度符合报警条件时,单片机的P2.7口输出高电平,控制555定时器组成的报警电路报警。图1为水温监测系统框图。

2.3 水温检测电路的设计

采用集成温度传感器AD590测量水温。AD590是利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器(热敏器件),是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:

(1)流过器件的电流(m A)等于器件所处环境的热力学温度(K)度数,即m A/K式中:流过器件(AD590)的电流,单位为m A;热力学温度T,单位为K。

(2)AD590的测温范围为-55~+150℃。

(3)AD590的电源电压范围为4~30 V。电源电压可在4~6 V变化,电流变化1 m A,相当于温度变化1 K。AD590可以承受44 V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。

(4)输出电阻为710 MW。

(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55~+150℃范围内,非线性误差为±0.3℃。

AD590的外形与小功率晶体管相仿,共有3个管脚:1脚为正极,2脚为负极,3脚接管壳。使用时将3脚接地,可起到屏蔽作用。AD590的测温范围是-55~+150℃,最大线性误差为±0.3℃,响应时间仅20μs,重复性误差低至±0.05℃,功耗约2 m W。

其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo为Io乘上10 K,以室温25℃而言,输出值为2.98 V(10 K×298μA)。测量Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。

AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压+4~+30 V,测量范围-55~+155℃,对应于热力学温度T每变化1 K,就输出1μA的电流。这就表明,其输出电流I(μA)与热力学温度T(K)严格成正比。电流灵敏度表达式为:I/T=3Kln8/eR。式中的K、e分别为波尔兹曼常数和电子电量,R是内部集成化电阻。将K/e=0.086 2(m V/K),R=538Ω代入式中得到:I/T=1.000μA/K因此,输出电流的微安数就代表着被测温度的热力学温标数。AD590温度与电流的关系见表1。

AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号,要进行数码显示,还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过A/D转换器将输入的模拟值转换成数字值,经8051单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片,分辨率8位,转换时间100μs,输入电压范围为0~5 V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为5 V。该芯片内有输出数据锁存器,当与计算机连接时,转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上,无须附加逻辑接口电路。

ADC0804与ADC0809有相同的功能,引脚与ADC0809不同。ADC0804有20个引脚,模拟信号从Vin(+)输入,转换后的数字信号从DB0到DB7口输出,ADC0804的引脚如图2所示。

水温检测电路由温度传感器AD590,模数转换器ADC0804构成检测输入模块,温度传感器AD590采集到的温度信号是模拟信号,因此要通过A/D转换后方可与8155连接,如图2所示,AD590输出的电流信号将直接与ADC0804的Vin(+)相连,Vin(-)端接地,DBO到DB7端分别与8155的A口PA0到PA7连接,锅炉内水温的变化将引起AD590的电阻值发生变化,从而使输出电流发生改变,ADC0804将电流值转换为数字量输送到8155,并通过8155发送到单片机,单片机根据不同的电流所对应的温度值便可以得出锅炉内的水温,其中不同的电流所对应的温度值可以在所给出的表中查到。电路的连接如图3所示,AD590与+5 V电源连接,并通过电阻接地,ADC0804的VCC端直接接高电平,对ADC0804进行单独供电可以保证其正常工作。

3 模糊自适应内模控制算法实现

在锅炉生产过程中,存在非线性、滞后性、时变性、不确定性和多参数耦合,且原理复杂检测难度大,传统的方法很难精确控制。在实际经验中积累的控制策略信息具有模糊性,因此引入模糊控制的概念。模糊控制不需要建立精确模型,可使用模糊规则和隶属函数进行模糊控制,有很好的鲁棒性,且结构简单,成本较低,具有很强的实用性。模糊控制包括模糊规则、模糊推理和模糊决策三部分。但模糊控制没有积分,因此无法处理稳态误差,会产生小幅振荡。本文提出了模糊自适应内模控制算法,该算法控制精度高,鲁棒性强,参数较少,有效地解决了滞后性、非线性、时变性的复杂问题,适应性强。模糊控制器设计如下:

(1)把选择偏差e和偏差变化率ec作为输入语言变量,滤波器时间常数的增量ΔTf为输出语言变量。

式(1)中Tf0滤波器时间常数初始值。

(2)模糊集为负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)。论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。

(3)输入语言变量隶属函数为高斯型,输出语言变量隶属函数为三角形。

(4)模糊控制规则是,滤波器时间常数越小,闭环输出相应越快,跟踪滞后越小;滤波器时间常数越大,鲁棒性越好。

采用固定步长1,偏差e和偏差变化率ec均为3,滤波器时间常数初始值为500,增量值ΔTf=20,进行仿真实验。并与传统PID算法进行比较,仿真结果如图4所示。

从图4可以看出,传统PID算法没有滞后性,有30%的超调量,调节时间为4 500 s,模糊自适应内膜控制算法有2%超调量,调节时间为3 600 s,后者较好地克服了滞后,实时优化滤波器参数,使系统能够实时、动态响应。加入阶跃扰动后,传统PID需要3 000 s才能恢复到稳态值,而模糊自适应内模控制只需1 500 s就能快速的恢复到稳态值,模糊自适应内模控制能够比传统PID控制更快地消除扰动,提高了系统抗干扰的能力。

4 结束语

在现代工业生产中,对锅炉的温度的检测、控制,实现自动化恒温控制有非常重要实际意义。锅炉是复杂的热工系统,本文设计的DCS温度控制系统使用模糊自适应内模控制算法实现对锅炉出水温度的控制,具有可靠、适应力强的特点。实验结果表明,该方法能够准确实现供水温度和设定值的实时跟踪和自动控制,提高了锅炉的自动化控制水平和安全性,达到了良好的控制效果,具有较好的使用价值。

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