自适应环境温度变化的机电一体化温度仪表的研制

摘要

在化工、制药、轻纺等行业中温度的测量和控制是进行安全、高效生产的重要依据。目前市场上经常采用的测温仪表是压力式温度仪表、双金属温度计、热电阻传感器、热电偶传感器等几种类型，其中压力式温度仪表、双金属温度计仅能进行现场指示不能远距离监控，且其精度容易受到环境温度的变化和仪表内部结构的影响，经常需要通过手动去校零，使用不方便；而热电阻和热电偶传感器适用于远距离测量，现场指示需配置二次仪表和电源不方便，且其指示值会跳动不利于现场读数。针对这些问题，本文设计了一种自适应环境温度变化的机电一体化温度仪表。
　　本文所设计的温度仪表由自适应环境温度变化的压力式测温系统和热电阻（电子）测温系统组成，一个用于现场指示一个远传。其中压力测温系统采用压力式温度仪表，通过采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）的方法建立误差模型研究和分析对压力式温度仪表精度影响最大的两个因素，从而设计出自适应补偿机构来解决压力测温系统的精度问题。通过在压力测温系统中置入热电阻传感器来实现远距离传送与监控，实现了单点测温双重指示的机电一体化高精度测温功能。论文的主要内容如下：
　　（1）分析了仪表的两个测温系统的结构性能，初步选用了压力测温系统和电子测温系统的测温仪表，并提出了机电一体化温度仪表的总体设计方案，并确定了相应的系统功能与技术指标。
　　（2）采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）的方法建立误差预测模型。分析了液体压力式温度仪表的测温结构和误差影响因素，将环境温度及毛细管长度等特征参数作为模型输入，将误差值及误差随毛细管长度的变化率作为输出。根据回归预测的原理，利用网格搜索和交叉验证的方法寻找最优参数组合，建立液体压力式温度仪表的误差模型。采用LSSVMlab进行实验结果研究，在MATLAB上运行，通过实验结果分析得出对压力式温度仪表精度影响最大的两个因素。
　　（3）对比分析了传统的双金属补偿方法的不足之处，在压力式温度仪表的误差模型分析的基础上，提出了一种导管补偿的方法并设计出补偿机构来实现自适应补偿，解决对仪表精度影响最大的两个因素。通过理论分析及实验验证自适应补偿机构的有效性与优越性。
　　（4）依据热电阻测温仪表的原理、结构等方面理论，选定机电一体化温度仪表热电阻测温系统的热电阻和航空插头，并对整个热电阻测温系统的结构原理进行了分析。最后制造出本文所设计的机电一体化温度仪表，并通过分析和实验验证本课题所设计的机电一体化温度仪表的各项技术指标。
　　本文对压力式温度仪表进行了自适应补偿机制的研究与设计，并将其与热电阻测温系统组成机电一体化温度仪表来满足温度测量的现场指示与远程监控的功能，且这两个测温系统能互相监视，提高了温度测量的可靠性和准确性，同时本文所设计的机电一体化温度仪表和研究方法对仪表技术的发展具有重要的意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 测温技术概况

1.3 国内外测温现状及发展趋势

1.4 论文的研究目的和意义

1.5 论文的主要工作

1.6 本章小节

第2章 机电一体化温度仪表的总体设计

2.1 液体压力测温系统

2.2 电子测温系统

2.3 自适应环境温度变化的机电一体化温度仪表的总体设计

2.4 本章小结

第3章 基于LS-SVM压力式温度仪表误差模型分析

3.1 压力式温度仪表误差建模方法

3.2 基于LS-SVM压力式温度仪表误差建模

3.3 基于LS-SVM温度仪表误差仿真结果分析

3.4 本章小结

第4章 液体压力测温系统自适应补偿机构设计

4.1 压力式温度仪表的传动机构与弹簧管理论分析

4.2 小探头温度仪表精度受环境影响分析

4.3 传统温度仪表的补偿方法

4.4 自补偿系统结构设计

4.5 液体压力式温度仪表补偿性能实验分析

4.5 本章小结

第5章 热电阻测温系统的选定

5.1 热电阻温度仪表测温原理

5.2 热电阻的结构

5.3 热电阻测温系统的选定

5.4 本章小结

第6章 自适应环境温度变化的机电一体化温度仪表样机性能分析

6.1 自适应环境温度变化的机电一体化温度仪表的样机

6.2 样机的性能分析

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果