CN102636518B - 精密冷镜式露点仪及消除温度测定值漂移的方法 - Google Patents

Abstract

冷镜式露点仪大多利用铂电阻测量露点温度，但由于铂电阻存在温度漂移的缺陷，与实际值相比，测量值存在一定的差异。因此需要经常利用标准样品进行校正。本发明公布了一种具有温度自校正功能的精密冷镜式露点仪及消除温度测量值漂移的方法。在露点测量开始前，将两个相当于所测样品上限和下限温度的铂电阻阻值的精密电阻R₁和R₂，替换铂电阻先后分别接入测量电路，对测量电路进行校正。达到露点后，记录测量电路的输出电压，根据校正结果，将已漂移的露点测定值转换为标准值。

Description

精密冷镜式露点仪及消除温度测定值漂移的方法

技术领域

本发明涉及一种精密冷镜式露点仪及准确测定露点温度、消除温度漂移的方法。

背景技术

冷镜式露点仪一般由露点室、制冷系统、光电检测系统、测温系统和控制系统组成。其测定原理和过程为：样气流经露点室的冷凝镜，通过等压制冷，使得样气达到饱和结露状态，由光电系统判定结露程度，通过控制系统调整制冷系统使露层厚度达到固定值；由测温系统测定镜面的温度即为被测样气的露点。因此温度的准确测定对于露点的测定具有重要的作用。铂电阻温度传感器具有精度高、体积小、机械强度高、耐高温耐压性能好的特点，被广泛用于冷镜式露点仪的温度测定。

多种因素影响铂电阻温度传感器的准确性和稳定性。最大的不确定性来自于铂电阻温度传感器的非线性特征，其温度与电阻的函数关系可以描述为：在0-650℃范围内R_t＝R₀(1+at+bt²)，在-200℃-0℃范围内，R_t＝R₀[1+at+bt²+c(t-100)t³]，其中a，b，c为常数。如果将铂电阻直接用于温度测量，精度就很难达到要求。现有的冷镜式露点仪常通过电路或软件进行温度补偿，以消除非线性对温度测量准确度的影响。然而，铂电阻温度传感器还存在温度漂移，对于温度测量的精度产生影响。例如铂丝纯度的差异以及内应力可以导致铂电阻温度传感器的温度漂移达到每年百分之几度；测量电路中的引线节点由于材质的差别也会由于环境的温度差异产生大小不等的热电势，进而影响测温的准确性；而且随着使用年限的增加，由于引线的氧化、电路的污染，会造成温度测量存在一定程度的漂移，即所谓的“时漂”。为了消除铂电阻温度传感器的温漂和时漂的影响，现有的镜面式露点仪常常需要利用标准气校正的方法来校正仪器的温度测量误差。

如何准确测定露点温度，避免温漂和时漂对测量结果的影响，是目前露点仪急需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种带有铂电阻传感器温度漂移校正功能的精密镜面露点仪及基于该露点仪的消除温度漂移的方法。

一种精密冷镜式露点仪，它包括露点室、光电检测系统、测温系统、制冷系统、单片机控制系统及输入输出系统。制冷系统对镜面制冷，光电检测系统对露点进行判断，测温系统测量镜面温度，单片机控制系统控制并协调制冷系统、光电检测系统和测温系统的正常工作。

本发明的测温系统由测温电路和铂电阻温度传感器构成。除了采用恒流电路提供稳定的测量电流以及铂电阻采用四线制接线方式这两种常规的减小温度测量误差的技术措施外，还在测温电路中引入了两个精密固定电阻R₁和R₂，其阻值分别对应于铂电阻R_t的上限和下限温度时的阻值。

本发明的控制系统在每次开始测量前，自动进行温度校正补偿测定。单片机控制系统控制多路开关的开和关，将精密固定电阻R₁和R₂替代铂电阻先后接入测温电路，测定它们的输出电压U₁和U₂，计算并存储温度补偿函数，在露点测量过程中，单片机控制系统根据温度补偿函数对铂电阻测定的露点温度进行补偿和校正。

本发明提供的一种消除露点温度测定值漂移方法的具体技术方案和步骤为：

控制器控制多路开关将精密固定电阻R₁接入测温电路，R₁的电阻值与选定的测定上限温度t₁的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₁所对应的输出电压U₁。

断开精密固定电阻R₁，将精密固定电阻R₂接入测温电路，R₂的电阻值与选定的测定下限温度t₂的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₂所对应的输出电压U₂。

断开精密固定电阻R₂，将铂电阻R_t接入测温电路，控制器开始控制露点的测定，测定结束后，根据如下公式，输出无漂移的标准露点温度值。

$t_x=\frac{t_2-t_1}{U_2-U_1}{U}_x+\frac{t_1{U}_2-t_2{U}_1}{U_2-U_1}$

由于采用了以上技术方案，本发明提供的冷镜式露点仪与现有仪器相比，有效地消除了铂电阻因制造工艺所造成的个体差异、仪器设备因长时间使用线路老化等所带来的温度测定值与实际值存在一定程度漂移的问题，同时可以省去利用标准气体对露点仪进行校正的工作。

附图说明

图1为本发明精密冷镜式露点仪的测量流程示意图。

图2为本发明消除温度测定值漂移的校正测定电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例进一步说明本发明。本领域的技术人员可由本说明所揭示的内容了解本发明的优点和功能。本发明也可以通过其它不同的具体实例加以实施或应用。

具体实例1

本发明提供的精密冷镜式露点仪，包括露点室、光电检测系统、测温系统、制冷系统、单片机控制系统及输入输出系统。如图1所示，开始测量后，控制系统首先进行铂电阻温度测量值漂移的校正。具体步骤为：

如图2所示，单片机控制器控制多路开关将精密固定电阻R₁接入测温电路，R₁的电阻值与选定的测定上限温度t₁的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₁所对应的输出电压U₁。

断开精密固定电阻R₁，将精密固定电阻R₂接入测温电路，R₂的电阻值与选定的测定下限温度t₂的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₂所对应的输出电压U₂。

随后断开精密固定电阻R₂，接入测温铂电阻R_t，开始样气露点的测定。制冷系统对镜面制冷，光电检测系统根据镜面上结露/消露是否平衡来判断是否达到露点；当未达到露点时，单片机控制系统继续控制并协调制冷系统、光电检测系统和测温系统，调整直至达到露点。单片机控制系统记录此时测温电路的输出电压值U_x，根据如下公式，计算并输出无漂移的露点温度值，

$t_x=\frac{t_2-t_1}{U_2-U_1}{U}_x+\frac{t_1{U}_2-t_2{U}_1}{U_2-U_1}.$

具体实例2。

本发明提供的精密冷镜式露点仪和消除温度漂移的方法可以用于GIS设备绝缘气体SF₆露点测定，具体的温度漂移校正方法如下：

本实例中，精密固定电阻R₁的电阻值为100.0000欧姆，相对于铂电阻传感器测量的温度为0℃，精密固定电阻R₂的电阻值为75.0000欧姆，相当于铂电阻传感器测量的温度为-63.3℃。在开始测量后，首先进入温度漂移校正测量。控制器控制多路开关将精密电阻R₁接入测温电路，控制器记录R₁所对应的输出电压，即为0℃时的输出电压U₁。随后断开精密固定电阻R₁，将精密固定电阻R₂接入测温电路，控制器记录R₂所对应的输出电压，即为测量下限-63.3℃的输出电压U₂。然后断开精密电阻R₂，接入铂电阻R_t，开始对露点进行测量，在镜面结露/消露过程达到平衡时，控制器记录测温点路的输出电压U_x，根据如下公式，计算并输出无漂移的露点温度值。

$t_x=\frac{-63.3(U_x-U_1)}{U_2-U_1}$

Claims (3)

1.一种精密冷镜式露点仪，包括露点室、光电检测系统、测温系统、制冷系统、单片机控制系统及输入输出系统，其特征在于所述的测温系统包括两个用于校正温度测量漂移值的精密固定电阻R₁和R₂，所述的精密固定电阻R₁的阻值与一选定上限温度的铂电阻R_t的阻值相等，所述的精密固定电阻R₂的阻值与一选定下限温度的铂电阻R_t的阻值相等，单片机控制系统控制多路开关的开和关，将精密固定电阻R₁和R₂替代铂电阻R_t先后接入测温电路，测定它们的输出电压U1和U2，计算并存储温度补偿函数，在露点测量过程中，单片机控制系统根据温度补偿函数对铂电阻R_t测定的露点温度进行补偿和校正，其中，所述补偿和校正的公式为所述Ux为将铂电阻Rt接入测温电路，单片机控制系统记录镜面结露/消露过程达到平衡时测温系统输出的电压值，所述t1为选定的测定上限温度，所述t2为选定的测定下限温度。

2.如权利要求书1所述的单片机控制系统，其特征在于所述的单片机控制系统输出精密电阻R₁和R₂接入和断开所述的测温系统的控制信号，所述的单片机控制系统根据所述的精密电阻R₁和R₂对测温系统的校正结果，将已漂移的露点测定值转换为标准值。

3.一种消除露点测量值漂移的方法，运用如权利要求1所述的精密冷镜式露点仪，它包括以下步骤：

将精密固定电阻R₁接入测温电路，R₁的电阻值与选定的测定上限温度t₁的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₁所对应的输出电压U₁；

断开精密固定电阻R₁，将精密电阻R₂接入测温电路，R₂的电阻值与选定的测定下限温度t₂的铂电阻的电阻值相等，控制器记录R₂所对应的输出电压U₂；

断开精密固定电阻，将铂电阻R_t接入测温电路，开始露点的测量，单片机控制系统记录镜面结露/消露过程达到平衡时测温系统输出的电压值Ux，

根据以下公式，单片机控制系统计算出对应于铂电阻R_t温度的无漂移的标准露点值，

$t_x=\frac{t_2-t_1}{U_2-U_1}{U}_x+\frac{t_1{U}_2-t_2{U}_1}{U_2-U_1}.$