工业化中的温度检测仪表自动化控制分析及应用策略

马永洁，李 栋

（陕西煤业化工技术研究院有限责任公司华州分公司，陕西 渭南 714100）

引言

我国实施制造强国战略，明确制造业作为国民经济主体，也是科技创新重要战场，是立国之本与强国之基，提出应当增强国家制造业创新力，推进工业化与信息化的深度融合，开启工业4.0时代，提高基础工业能力。而工业生产中，自动化与智能化成为发展重要方向，温度检测仪表作为工业生产重要设备，也要求实现自动化控制，能够自动测量、记录完成任务，反馈数据至终端，做好预警工作。

1 温度检测仪表概述

温度检测仪主要是采取自动化方式，通过电平衡、矩平衡、力平衡原理，以感知器检测现场温度参数，利用变送器转换后，能够发送数据至显示元件，经过数据检测前后对比，保证达到平衡状态[1]。温度仪表中，铂热电阻作为重要元件，为正系数敏电阻，阻值随温度变动进行变动，仅检测热电阻阻值，即可获得温度大小，该仪表具有稳定性高、准确度高、耐腐蚀、便于操作的特点，成为温度检测仪普遍应用元件，且支持长距离传递信号，需要电源刺激，但无法测定温度瞬间变化，测定范围为-200~850℃。导线连接方式可分为以下几种：

1）四线制，电阻根部两端分别连接导线，输入导线恒定电流，转变电阻为电压信号，从另外两根导线传递电压信号至二次仪表，此种方法连接导线互相对称，能够避免热电偶效应，却需要输入准确1 mA电流值。

2）三线制，电阻根部一侧进行导线连接，相对侧导线连接方式，配合电桥使用，能够减少引线电阻副作用，适用于工业生产检测温度。

3）二线制，电阻两侧各连接一根导线，此种引线方式便捷，导线连接需经过引线电阻，电阻值将会受到导线材料、长短影响，仅适用于检测温度精度无较高要求的工业生产。

工业生产中，为保证生产工作顺利开展，需要自动化控制各项生产参数，了解各项数据，温度检测仪作为重要仪器，将人工操作转变为机械操作，解放人力生产，从而提高检测效率。

2 工业化中的温度检测仪表自动化控制分析

2.1 选择算法

人工智能算法采取单隐含层前馈神经网络，能够以简单方式形成隐含层节点，分析后获得输出权值，确定隐含层节点后，可将神经网络看作现行系统，输出权值则是利用逆操作输出矩阵获取，具有简单便捷、搜索性强的特点，能够将不连续、不可微函数作为激活函数。该方法相较于传统梯度学习算法，可解决学习率、算法拟合不合理问题，加强泛化能力，节省准备时间，获得准确参数。

隐层阶段数量对泛化能力、网络容量、学习速度具有较大影响，以函数及网络容量逼近层面分析，需增加隐层节点数量，提高计算量，使用最小二乘法，减少训练时间，获得隐含层节点数量。公式如下：

式中：n是输出节点数量；m是输入节点数量；A是隐含层节点数量。根据前馈神经网络公式：

式中：bi、ai是隐层节点学习参数；H是输入间与隐层节点关系；δi是隐层节点与输出层之间连接权值。随机选择M个温度检测仪样本，输入前馈神经网络，输出目标值，直至逼近样本，求出输出权值。

2 .2 自动化控制

工业温度检测仪通过前馈神经网学习样本获得经验后，将其用于工作中，具有较强识别能力及处理数据能力，实现自动化温度检测仪控制。将温度检测仪输出信号作为前馈神经网络进行输入，利用大规模温度检测仪样本训练神经网络，使得输出误差接近0后，连接权即可获得温度推理信息，用于实际工业生产中，提高仪器检测精度，样本训练能够覆盖工业整体检测空间。前馈神经网中，融合信息十分关键，利用输出权值调节器获取检测结果，即可利用神经网络控制检测仪，为减少误差，还需对其权值进行调整[2]。

3 工业化中的温度检测仪表自动化控制应用策略

3.1 明确仪表种类

工业化中使用温度检测仪表，不同种类功能不同，可将其划分为执行类、计算类、转换信号类及调节类，工业生产要求不同，需使用不同功能仪表，应当加强对仪表性能了解[3]。具体如下：一是计算仪表，能够计算仪表输入量；二是检测仪表，检测被测变量温度大小，利用变送器转换测得变量值为标准信号；三是调节仪表，根据输入参数运算后，按照预定流程进行调节；四是执行仪表，通过仪表完成终端控制，结合调节其信号，予以正向通路物料调节给定量，实现流量、温度等参数调节。

3.2 选择仪表方式

工业生产中温度仪表检测，应当根据生产要求、功能要求等选择温度检测仪，具体方式如下：

1）按照应用方式，温度检测仪如果仅现场表示，可使用双金属、液态玻璃等温度检测仪；不仅需要现场进行温度检测，还要在温度临界值使其能够自动警报，则需要选择具备警报装置的双金属、液态玻璃检测仪；要求远程反馈，可使用变送器、热电偶温度检测仪。

2）按照检测范围，工业生产中通常被测介质温度是选择温度的标准，常温检测可使用热电偶、热电阻温度检测仪；检测温度低于100℃，无需介质发送信号，可使用有机玻璃液态温度检测仪，红色的显示溶液便于人员读数，却不能带电接点；检测温度低于300℃，可选择双金属温度检测仪，有明显仪表刻度，耐振动；检测温度为300~600℃，选择镍铬-考酮热电偶，易被氧化。

3）按照介质特性，温度测试仪部分热电偶中性或氧化性较为稳定，无法在还原性下进行长期工作；通热电阻温度处于100℃下易被氧化，由于氧化损坏；铂热电阻不适合在还原性下进行长时间工作。因此，工业生产中，需装配恰当保护套管做好规避工作，结合被测介质特点选择材料制作套管。例如，热电偶工作温度在600℃下，可使用碳钢、铅材料，温度在1 000℃以内，可使用奥氏不锈钢。并且，还要注重温度变送器、二次仪表搭配使用，提高安装精准度，确保及时测量工业生产温度，做好仪表检修工作。

4）按照检测精度，温度检测仪如果要求高检测精度，可使用铂铑-铂热电偶、铂热电阻等材质的仪表；要求低检测精度，可使用铜热电阻材质仪表。

4 确定功能要求

1）可编程功能。工业温度检测仪可使用计算机技术，以此掌控运行仪表状态，利用编程方式控制温度仪表，输入控制电路相应程序，为温度仪表操作提供支持，使得仪表控制更为简便，相较于传统控制温度仪表过程，自动化控制能够降低操作复杂性，节省内部空间。

2）计算功能。温度仪表控制中需要计算和分析数据，计算复杂数据由于人工能力有限，难以迅速、准确获得结果，对工业控制造成影响，采取自动化技术计算，能够输送海量数据至计算机，迅速处理分析数据。特别是运算中需要获得最小值和最大值仪表，涉及n次方及惩处计算能够节省人工劳力，结果也能长期保存。

3）执行功能。温度仪表控制中，需要人工实时调控，易受到人员主观因素影响，影响控制效果，加上部分工业产品具有危害性、腐蚀性等，不适宜员工检测。因此，工业生产使用自动化温度检测仪，可减少工作风险，准确判断生产流量、温度等状态。

5 结语

在我国现代化技术发展下，改善了人们生活水平，推动人们进入智能化时代，将自动化技术用于各行各业，已经成为工业生产主要方向。因此，工业化温度检测仪应用中，需从明确仪表种类、选择仪表方式、确定功能要求这几方面出发，保证工业生产合理应用自动化温度检测仪。