שיטת פיצוי התוכנה כוללת-רכישה בזמן אמת של טמפרטורת הצומת הקר באמצעות חיישן טמפרטורה-מובנה. מיקרו-מעבד, בשילוב עם טבלת כיול של צמד תרמי או מודל מתמטי, מחשב ומתקן באופן אוטומטי את הפוטנציאל התרמו-אלקטרי, ובכך משיג פיצוי-בדיוק גבוה, אוטומטי לחלוטין של טמפרטורת צומת קר. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב במערכות מדידה ובקרה חכמות מודרניות, כגון PLCs, DCSs, כרטיסי רכישת נתונים ובקרי טמפרטורה אינטליגנטים, והיא כיום שיטת הפיצוי המיינסטרים והיעילה ביותר במסגרות תעשייתיות.
I. שלבי יישום ליבה של שיטת פיצוי התוכנה
רכישה-בזמן אמת של טמפרטורת צומת קר
חיישן טמפרטורה-בדיוק גבוה (כגון מדחום התנגדות פלטינה Pt100, תרמיסטור NTC או חיישן טמפרטורה משולב כמו LM35 או AD590) מותקן ליד המסופים של מערכת מדידת הטמפרטורה כדי למדוד את טמפרטורת הסביבה T0 בפועל של צומת קר. חיישן זה נמצא באותו שדה טמפרטורה כמו צומת קר של צמד תרמי, מה שמבטיח שה-T0 הנמדד משקף במדויק את מצב הצומת הקר.
רכישת אות פוטנציאל תרמי: פלט הפוטנציאל התרמו-אלקטרי E(T,T0) על ידי הצמד התרמי נרכש באמצעות ממיר A/D, שהוא הכוח האלקטרו-מוטורי עקב הפרש הטמפרטורה בין הצומת החם לצומת הקרים שאינו-אפס.
יש לסנן ולהגביר את האות כדי לשפר את יחס האות-ל-רעש ויציבות המדידה.
חיפוש פוטנציאל פיצוי:
בהתבסס על ה-T0 הידוע, הערך המתאים E(T0,0) (כלומר, הפוטנציאל התרמו-אלקטרי בין טמפרטורת הצומת הקרה T0 ל-0 מעלות) נבדק מטבלת הכיול של צמד תרמי המאוחסן בזיכרון המערכת.
טבלת הכיול מאוחסנת בדרך כלל- מראש לפי סוגים שונים כגון K, E ו-S, והמערכת תתאים אותה אוטומטית בהתאם לדגם הצמד התרמי שהוגדר.
חישוב הפוטנציאל התרמואלקטרי הכולל
שימוש בחוק טמפרטורת הביניים לחישוב סופרפוזיציה:
E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)
E(T,0)=E(T,T 0)+E(T 0,0)
זה מניב את הפוטנציאל התרמו-אלקטרי הכולל שווה ערך E(T,0) כאשר הצומת הקר הוא 0 מעלות.
E(T,0) מבטל אפוא את ההשפעה של תנודות צומת קר.
חיפוש הפוך של הטבלה כדי לקבל את הטמפרטורה האמיתית
ה-E(T,0) המחושב
E(T,0) נבדק שוב בטבלה כדי לקבל את טמפרטורת הצומת החם המתאימה T, אשר מופקת לאחר מכן במכשיר תצוגה או במחשב מארח.
ניתן להשתמש באינטרפולציה ליניארית או בהתאמה פולינומית כדי לשפר את הדיוק של בדיקת הטבלה, מתאים במיוחד לסוגי צמד תרמי עם אי-לינאריות חזקה (כגון סוג K).
II. ארכיטקטורת חומרה וזרימת נתונים טיפוסית
שכבת חיישן:
צמד תרמי (קצה חישת טמפרטורה)
חיישן טמפרטורת צומת קר (למשל, Pt100)
שכבת מיזוג אותות:
קדם מגבר (מגביר פוטנציאל תרמואלקטרי חלש)
מסנן -נמוך (מדכא הפרעות בתדר גבוה-)
מתג אנלוגי רב-ערוצים (מחליף ערוצי קלט שונים)
שכבת המרה ועיבוד:
ממיר A/D (מעביר אותות אנלוגיים לדיגיטל)
מיקרו-בקר (MCU) או PLC CPU (מבצע אלגוריתמי פיצוי)
פלט ושכבת תצוגה:
מסך תצוגה דיגיטלי, מערכת SCADA, ממשק HMI
דוגמה: ב-Siemens S7-1200 PLC, אותות צמד תרמי נרכשים דרך מודול TC. במקביל, המודול קורא אוטומטית את טמפרטורת הצומת הקר. התוכנית קוראת להוראות "TCON" ו-"TCD" להשלמת פיצוי והמרת טמפרטורה.
III. צורות יישום מתקדמות של פיצוי תוכנה
|
טוֹפֶס |
תֵאוּר |
יתרונות |
|
שיטת חיפוש |
מאחסן מראש-טבלת כיול סטנדרטית, מחפש ישירות ערכים |
מהיר, מדויק, מתאים לחיפושים חוזרים. |
|
שיטת קירוב פולינום |
משתמש בנוסחת ההתאמה שסופקה על ידי NIST כדי לחשב E(T,0). |
חוסך מקום אחסון, מתאים למערכות משובצות. |
|
שיטת אינטרפולציה לינארית |
אינטרפולציה בין נקודות סמוכות על סמך חיפוש הטבלה |
משפר רזולוציה ומפחית שגיאות חיפוש בטבלה. |
|
אלגוריתם פיצוי דינמי |
משלב סינון קלמן או חיזוי אדפטיבי כדי להתמודד עם שינויי טמפרטורה מהירים |
נגד-הפרעות חזקות, תגובה חלקה. |
מגמת התעשייה: בקרי טמפרטורה-תקדמיים תומכים כעת בשדרוגי OTA לטבלת הכיול ויכולים לזהות אוטומטית סוגי צמד תרמיים, תוך השגת פיצוי חכם מסוג "חבר-ו-הפעל".
