CN103575414A - 一种热电偶温度测量误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电偶温度测量误差补偿方法，采用基于热电偶分度表建立的温度误差对照表，用于按温度误差对照表逐点进行热电偶温度毫伏非线性校正和温度测量仪表的误差补偿，提高了热电偶温度测量精度。

Description

一种热电偶温度测量误差补偿方法

（一）技术领域：

本发明涉及一种热电偶温度测量误差补偿方法，采用基于热电偶分度表建立的温度误差对照表，用于按温度误差对照表逐点进行热电偶温度毫伏非线性校正和温度测量仪表的误差补偿，提高了热电偶温度测量精度。

（二）背景技术：

热电偶是应用最广泛的一种温度传感器，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。工业应用先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，热电偶温度测量仪表将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由Ａ／Ｄ转换器将其转换成数字量。此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后送人机面板上的显示器显示。通常热电偶进行温度热电势非线性校正，是采用热电偶分度表逐点查表法获取各点温度，和基于最小二乘法的热电偶热电势温度特性的线性化处理，即用数段折线来逼近曲线，但这些方法均未考虑热电偶温度测量仪表所产生的误差，而这个误差通常是采用电子电位差计选择2个温度校验点还得扣除环境温度，进行手工补偿纠正，因此不但麻烦而且精度差。

（三）发明内容：

热电偶温度测量仪表与所采用的热电偶配套使用，热电偶在测量端与冷端的不同热环境中产生热电势，热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，热电偶温度测量仪表将该热电势即毫伏信号经输入电路滤波放大处理，清除各种高次谐波信号和常见的干扰再经Ａ／Ｄ转换器，将毫伏信号的模拟量转换为数字量送入单片机处理，单片机将其与冷端热电势相加，再经过复杂的温度毫伏信号的非线性校正，及基于检测数据补偿的计算得到测量温度。热电偶温度测量仪表本身的测量误差，来自上述输入电路和Ａ／Ｄ转换器和非线性校正及冷端误差补偿，因此温度测量精度不易做得很好，而且对于每一具体的热电偶温度测量仪表的所述误差补偿的针对性不强。

本发明涉及一种热电偶温度测量误差补偿方法，采用基于热电偶分度表，用于在热电偶温度测量仪表中，建立温度误差对照表实现按温度误差对照表逐点校正热电偶温度毫伏非线性和误差补偿。用软件实现查找对照表需要存储器，但当今单片机和存储器价格低廉，一般工业用温度场升温缓慢，热电偶测量温度具有滞后现象，因此单片机在处理测量温度时有足够充裕的时间，而且查找对照表对于连续的重复查询提供了一种快速、精确的测量方案，可大大提高温度测量精度，同时采用所述基于温度差的温度校验仪容易实现廉价快速和大量校验点的校验，由于它造价低廉容易普及。

温度误差对照表的建立是针对具体热电偶温度测量仪表，按工作温度范围取热电偶分度表相应部分，利用基于温度差的温度校验仪逐点建立误差补偿值。也可以将热电偶分度表分段建立误差补偿值，每一段所包含的热电偶分度表中温度热电势对照点数，根据热电偶温度测量仪表对精度的要求，采用各段相等的对照点数，这时每段采用该段平均热电势率（即温度每升1度热电势平均变化值）来计算热电势对应的温度及其误差补偿值。采用分段建立误差补偿值即把该段当作线性段。

所述基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，无需Ｄ／Ａ转换。其脉宽调制信号是由单片机的一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值细分成相等的步进值，并将步进值的步数的数字量作为定时器的初值，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各校验点一一对应。因此温度各校验点与定时器的设定值之间具有精确的对应关系，并且各校验点的热电势毫伏值采用定时器设定值表示更为简单占用资源少。所述基于温度差的温度校验仪还设一个采用铂电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将基于温度差的温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的所模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为校验热电势输出。这样校验时不必扣除冷端温度的热电势，减少误差产生。温度误差对照表存放于热电偶温度测量仪表的非易失存储器中，该温度误差对照表的建立，是由所述模拟的热电偶热电势输入到被校验的热电偶温度测量仪表产生测量温度值与所述真实温度热电势查热电偶分度表得到的真实温度值之差即为误差补偿值，并录入到被校验的热电偶温度测量仪表的温度误差对照表中。实际使用时，单片机查温度误差对照表得到与测量温度值对应的误差补偿值再将测量温度值与误差补偿值相加得到真实温度值，从而消除了热电偶温度测量仪表所产生的测量误差。温度误差对照表中的每一温度对照点内容为：测量毫伏值、热电偶温度测量仪表的测量温度值、误差补偿值。这里的测量毫伏值与测量温度值是指热电偶分度表中的热电势和对应的温度值，即热电偶冷端温度为0度时热电势，使之与冷端温度为环境温度热电势相区别。

测量毫伏值是由热电偶热电势和环境温度热电势相加而成。实际使用时当测量毫伏值不在温度误差对照表中时，则令不在温度误差对照表的测量毫伏值为Ｔｕ，经单片机查温度误差对照表获得大于Ｔｕ的表中相邻测量毫伏值Ｔｕｂ及对应的测量温度值Ｔｕｂ2，和小于Ｔｕ的表中相邻测量毫伏值Ｔｕａ及对应的测量温度值Ｔｕｂ1，令Ｋｉ为不在表中的测量毫伏值Ｔｕ的增量系数：

Ｋｉ＝（Ｔｕ－Ｔｕａ）／（Ｔｕｂ－Ｔｕａ）－－－1

则有该不在表中的测量毫伏值Ｔｕ对应的测量温度值Ｔｔｓ为：

Ｔｔｓ＝Ｔｕｂ1＋Ｋｉ×（Ｔｕｂ2－Ｔｕｂ1）－－－2

式中：

Ｔｕ－－－不在温度误差对照表中的测量毫伏值；

Ｔｕａ－－－温度误差对照表中小于Ｔｕ的相邻测量毫伏值；

Ｔｕｂ－－－温度误差对照表中大于Ｔｕ的相邻测量毫伏值；

Ｔｔｓ－－－－测量毫伏值Ｔｕ对应的测量温度值；

Ｔｕｂ1－－－－Ｔｕａ对应的测量温度值；

Ｔｕｂ2－－－－Ｔｕｂ对应的测量温度值。

测量温度值加误差补偿值即为真实温度值。

在温度测量现场由热电偶输出的温度毫伏信号送入热电偶温度测量仪表中的输入电路和Ａ／Ｄ转换器，将毫伏信号的模拟量转换为数字量送入单片机，经非线性校正及冷端误差补偿处理得到测量毫伏值，单片机将该测量毫伏值利用温度误差对照表经查表计算后获得与该测量毫伏值对应的真实温度值，如果测量毫伏值不在该表时，则经上述计算后得到真实温度值，所述真实温度值已扣除了该热电偶温度测量仪表的测量误差，最后将该真实温度值送热电偶温度测量仪表的显示器显示。

Claims (1)

1.一种热电偶温度测量误差补偿方法，采用基于热电偶分度表应用于热电偶温度测量仪表中，其特征是：采取建立温度误差对照表实现按温度误差对照表逐点校正热电偶温度毫伏非线性和误差补偿，温度误差对照表的建立是针对具体热电偶温度测量仪表，按工作温度范围取热电偶分度表相应部分，利用基于温度差的温度校验仪逐点建立误差补偿值，也可以将热电偶分度表分段建立误差补偿值，每一段所包含的热电偶分度表中温度热电势对照点数，根据热电偶温度测量仪表对精度的要求，采用各段相等的对照点数，这时每段采用该段平均热电势率来计算热电势对应的温度及其误差补偿值；所述基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，无需Ｄ／Ａ转换，其脉宽调制信号是由单片机的一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值细分成相等的步进值，并将步进值的步数的数字量作为定时器的初值，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各校验点一一对应，所述基于温度差的温度校验仪还设一个采用铂电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将基于温度差的温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的所模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为校验热电势输出，所述模拟的热电偶热电势输入到被校验的热电偶温度测量仪表产生测量温度值与所述真实温度热电势查热电偶分度表得到的真实温度值之差即为误差补偿值，并录入到被校验的热电偶温度测量仪表的温度误差对照表中，实际使用时，单片机查温度误差对照表得到与测量温度值对应的误差补偿值再将测量温度值与误差补偿值相加得到真实温度值，从而消除了热电偶温度测量仪表所产生的测量误差，温度误差对照表中的每一温度对照点内容为：测量毫伏值、热电偶温度测量仪表的测量温度值、误差补偿值，这里的测量毫伏值与测量温度值是指热电偶分度表中的热电势和对应的温度值，即热电偶冷端温度为0度时热电势，使之与冷端温度为环境温度热电势相区别，实际使用时当测量毫伏值不在温度误差对照表中时，则令不在温度误差对照表的测量毫伏值为Ｔｕ，经单片机查温度误差对照表获得大于Ｔｕ的表中相邻测量毫伏值Ｔｕｂ及对应的测量温度值Ｔｕｂ2，和小于Ｔｕ的表中相邻测量毫伏值Ｔｕａ及对应的测量温度值Ｔｕｂ1，令Ｋｉ为不在表中的测量毫伏值Ｔｕ的增量系数：

Ｋｉ＝（Ｔｕ－Ｔｕａ）／（Ｔｕｂ－Ｔｕａ）－－－1

则有该不在表中的测量毫伏值Ｔｕ对应的测量温度值Ｔｔｓ为：

Ｔｔｓ＝Ｔｕｂ1＋Ｋｉ×（Ｔｕｂ2－Ｔｕｂ1）－－－2

式中：

Ｔｕ－－－不在温度误差对照表中的测量毫伏值；

Ｔｕａ－－－温度误差对照表中小于Ｔｕ的相邻测量毫伏值；

Ｔｕｂ－－－温度误差对照表中大于Ｔｕ的相邻测量毫伏值；

Ｔｔｓ－－－－测量毫伏值Ｔｕ对应的测量温度值；

Ｔｕｂ1－－－－Ｔｕａ对应的测量温度值；

Ｔｕｂ2－－－－Ｔｕｂ对应的测量温度值。

测量温度值加误差补偿值即为真实温度值。