CN102998024B - 一种基于rl电路零输入响应的新型测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法，采用简单RL串联电路，通过单片机控制RL电路的零输入响应，内部比较器与定时器协同工作，从而建立零输入响应时间与电阻关系，简单的软件算法代替复杂的硬件电路得到现场温度值。本方法仅用一个电阻、一个电感、一个单片机，以软件设计代替硬件单元，提高了装置应用的经济性；可扩展性强：该装置不仅用于热敏电阻测温，对于光敏电阻、压敏电阻、气敏电阻同样适用，且性能稳定，可广泛应用于工业现场的各种参数测量。此方法可取代传统热敏电阻测温传感器，广泛应用于电厂、电气等工业现场的温度测量。

Description

一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法

技术领域

本发明涉及一种测温系统，特别涉及一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法。

背景技术

温度测量是很多工控领域内一项很重要的任务，在不同现场环境中需要不同类型的测温方法。目前广泛应用的传统测温手段有接触式仪器，如：固液体膨胀式和压力式温度传感器、热电偶及热电阻温度计，还有非接触式光学传感器，如：红外测温法及CCD图像测温方法。

传统的测温方法如热电偶、热电阻及红外测温传感器输出都为模拟信号，硬件电路复杂，系统采集需要AD转换单元，成本较高；新型的测温技术CCD图像分析技术测量原理比较复杂，而CCD本身成本较高，图像处理算法也较为麻烦。

为了优化传统的热电阻测温方法，节约硬件成本，基于RL电路的零输入响应特性，通过建立电阻温度t、电阻R、电感L及其电感电压的零输入响应时间△t之间的关系，求出对应的温度值。应用结果表明，该方法能有效、可靠、简单、经济的进行温度测量，且有较强的可扩展性，可取代传统的热电阻测温传感器，能广泛应用于现场测温。

发明内容

本发明是针对传统的基于电桥平衡原理的测温装置电路复杂，所需硬件资源多的问题，提出了一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法，采用简单RL串联电路，通过单片机控制RL电路的零输入响应，内部比较器与定时器协同工作，从而建立零输入响应时间与电阻关系，简单的软件算法代替复杂的硬件电路得到现场温度值。

本发明的技术方案为：一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法，具体包括如下步骤：

1）建立RL测试电路：单片机第一IO端口输出接串联的电感和精密可调电位器后接地，电感和精密可调电位器串联中心点接比较器一输入端，比较器另一输入端接固定电压，比较器输出接单片机第二IO端口；

2）单片机第一IO端口置1，到时间t后第一IO端口置0同时打开单片机内定时器，单片机第二IO端口扫描检测比较器输出，比较器输出翻转，定时器关闭记录翻转时间为                                               ，根据频率公式计算频率，记录当前电阻R与频率f数值；

3）改变精密可调电位器阻值，重复步骤2）得到不同电阻值R与频率f的对应关系；

4）不断改变精密可调电位器阻值，重复步骤2）和3）得到电阻值与频率的对应曲线，存入内存；

5）用阻值式传感器代替精密可调电位器，重复步骤2）获取当前未知电阻对应的频率值，查询内存电阻值与频率的对应曲线得到当前实际电阻值，即为阻值式传感器当前的阻值。

所述步骤1）中的固定电压从电源电压分压或选用精密稳压源来得到。

所述步骤1）中比较器可以使用单片机内部集成模块也可采用独立的集成比较器来代替。

所述步骤1）中电感选对温度变化不敏感的锰铜电感。

所述步骤5）中阻值式传感器可为热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、气敏电阻。

本发明的有益效果在于：本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法，设计原理简单：基于一个简单的RL电路，依靠其零输入响应特性，利用单片机的比较单元、计数器单元，建立电阻R和零输入响应时间△t 及其电阻温度t之间的关系，达到测温的目的；硬件开销小：本传感器仅用一个热敏电阻、一个电感、一个单片机，以软件设计代替硬件单元，提高了装置应用的经济性；可扩展性强：该装置不仅用于热敏电阻测温，对于光敏电阻、压敏电阻、气敏电阻同样适用，且性能稳定，可广泛应用于工业现场的各种参数测量。此方法可取代传统热敏电阻测温传感器，广泛应用于电厂、电气等工业现场的温度测量。

附图说明

图1为本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法中RL电路零输入响应电路图；

图2为本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法硬件示意图；

图3为本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法输出仿真曲线图；

图4为本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法中采集程序流程图；

图5为本发明基于RL电路零输入响应的新型测温方法中电阻R与频率F对应曲线图。

具体实施方式

如图1所示为简单的RL串联，其中电流计算式（1）所示，E为电源电势，R为电路阻值。

,   (1)

t=0时S1由3打到1，根据RL电路零输入响应原理，有：

，  （2）

解此一阶微分方程得：

，  （3）

， （4）

其中时间。（5）

基于此原理，通过单片机IO端口控制RL电路上电时刻，将引入比较器与某固定电压做比较，单片机对比较器输出端口电平扫描，计数器记录RL电路断电与比较器输出翻转之间时间，硬件图如图2所示。

根据公式（3,4,5）可以仿真节点Ur和Uo两点波形如图3所示：实线代表比较器Uo输出波形。

其高电平时间，（6）

与公式（5）中正比关系的比例系数与选取的比较电压有关。设，则有 ，（7）

设，

则：。（8）

其中频率与电阻的比例系数k是与设定比较电压、电感有关的常数，这个常数可以通过实验标定获取。

设计标定过程，热敏电阻用精密可调电位器代替，比较器另一端比较电压从电源电压分压或选用精密稳压源来得到。比较器可以使用单片机内部集成模块也可采用独立的集成比较器来代替。标定阶段不断改变电阻值，记录此时定时器计数值并存储。数次采集后根据记录数据进行非线性补偿并存储。

验证阶段，将精密电位器换为未知阻值电阻进行计数器采样，计数值带入存储数组进行计算得到实际电阻阻值。采集程序流程图如图4所示。

实际测试电阻阻值R与采样计算频率f有如下关系图如图5：可见实际曲线与原理分析一致，有较好的线性关系，应用过程中能够实现对现场温度的准确测量，且硬件成本大大低于相同现场应用的其他各类温度传感器。本方法仅用一个电阻、1个电感（选对温度变化不敏感的锰铜电感）、一个单片机，以软件设计代替硬件单元，提高了装置应用的经济性；可扩展性强：此方法不仅用于热敏电阻测温，对于光敏电阻、压敏电阻、气敏电阻同样适用，且性能稳定，可广泛应用于工业现场的各种参数测量。此方法可取代传统热敏电阻测温传感器，广泛应用于电厂、电气等工业现场的温度测量。

Claims (3)

1.一种基于RL电路零输入响应的新型测温方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）建立RL测试电路：单片机第一IO端口输出接串联的电感和精密可调电位器后接地，电感和精密可调电位器串联中心点接比较器反相输入端，比较器正相输入端接固定电压，比较器输出接单片机第二IO端口，电感选对温度变化不敏感的锰铜电感；

2）单片机第一IO端口置1，到时间t后第一IO端口置0同时打开单片机内定时器，单片机第二IO端口扫描检测比较器输出，比较器输出翻转，定时器关闭记录翻转时间为                                               ，根据频率公式计算频率，记录当前电阻R与频率f数值；

3）改变精密可调电位器阻值，重复步骤2）得到不同电阻R和频率f的对应关系；通过不断改变精密可调电位器阻值，得到电阻值和频率的对应曲线，存入内存；

4）用阻值式传感器代替精密可调电位器，重复步骤2）获取当前未知电阻对应的频率值，查询内存电阻值与频率的对应曲线得到当前实际电阻值，即为阻值式传感器当前的阻值，阻值式传感器为热敏电阻，由当前的阻值确定对应的温度值。

2.根据权利要求1所述基于RL电路零输入响应的新型测温方法，其特征在于，所述步骤1）中的固定电压从电源电压分压或选用精密稳压源来得到。

3.根据权利要求1所述基于RL电路零输入响应的新型测温方法，其特征在于，所述步骤1）中比较器使用单片机内部集成模块或者采用独立的集成比较器。