CN103604525A

CN103604525A - 一种基于校验数据的热电阻温度测量仪

Info

Publication number: CN103604525A
Application number: CN201310656961.3A
Authority: CN
Inventors: 张金木
Original assignee: Individual
Current assignee: Foshan Tianze Testing Service Co ltd; Guangdong Gaohang Intellectual Property Operation Co ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103604525B

Abstract

本发明涉及一种基于校验数据的热电阻温度测量仪，它是采用热电阻温度自动校验仪模拟热电阻传感器得到的温度校验点的校验数据来建立分段数据表，再按分段数据表查表计算获得测量现场的真实温度值，从而实现热电阻分度表的非线性分段拟合和测量误差补偿。

Description

一种基于校验数据的热电阻温度测量仪

（一）技术领域：

（二）背景技术：

温度测量仪表是工业中广泛使用的测温产品，它与所采用的热电阻配套使用。热电阻传感器的电阻值随温度变化，利用其电阻值查相应的热电阻分度表即可得到温度值。现有热电阻温度测量仪表是采用恒流源通过检测现场的热电阻传感器获得电压信号，再将电压信号即毫伏信号经输入电路的滤波放大处理，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，单片机再经过非线性纠正的复杂计算及基于校验数据补偿的计算得到测量现场温度。其温度测量误差的补偿主要采用热电阻模拟器或直流电阻器手工操作，但热电阻模拟器中采用的电阻精度不高。

（三）发明内容：

现有的热电阻温度测量仪表，均采用复杂的非线性纠正计算和只有几个电阻温度校验点的手工校验，非线性纠正计算占用大量单片机资源。所述手工校验是采用热电阻模拟器或直流电阻器通过手动操作机械式转换开关，模拟热电阻温度传感器的电阻值，逐点手工校验现场使用的热电阻温度测量仪表，不但操作程序复杂而且精度差，难以实现精确校验。本发明涉及一种基于校验数据的热电阻温度测量仪，它由恒流源电路、输入电路、A/D转换器、单片机、非易失存储器、ＬＥＤ显示器组成，其特征是它采用热电阻温度自动校验仪模拟热电阻传感器得到的各个温度校验点的校验数据来建立分段数据表，再按分段数据表查表或简单计算获得测量现场的真实温度值，从而实现热电阻分度表的非线性分段拟合和测量误差补偿。

该分段数据表是按热电阻温度测量仪所采用的热电阻分度表，根据温度测量范围和测量精度要求制作。分段拟合常规是以热电阻的电阻值R为横坐标，以温度Ｔ为纵坐标的函数Ｔ＝ｆ（R）的曲线，再用最小二乘法分段并找出每一段区间的ａi、ｂi值。但实际上可以通过互联网和各种资料查到各种热电阻分度号的现成分段数据，这样热电阻分度表都可以用一组线性函数拟合：

Ｔ＝ａｉR＋ｂｉ（ｉ＝1，2，3，……）

式中ｉ是热电阻分度表分段的序号，参数ａｉ、ｂｉ由计算或现成资料提供，R是热电阻值，Ｔ是其温度值。所述一种基于校验数据的热电阻温度测量仪是利用上述方法将相应热电阻分度表的电阻温度数据分段，并以此分段结合热电阻温度自动校验仪的温度校验点数据来建立分段数据表。

所述热电阻温度自动校验仪它是由恒流源I电路、电阻模块、继电器驱动模块、信号调理电路、A/D转换器I、单片机I模块组成。其中高精度的恒流源I电路是采用标准电池作为集成运算放大器的基准电压源，电阻模块由一只标准电阻和多只精密线绕电阻及继电器组成，每一只精密线绕电阻分别对应热电阻分度表中的某个温度校验点，该温度校验点的设置是依据热电阻分度表的电阻温度曲线进行逼近曲线的非线性校正的分段，在每段的头尾和中间取2至数个温度校验点，通常铂热电阻分度表分8段即可满足一般精度要求。每次校验时，先由继电器选通电阻模块与恒流源I电路连接，进行精密线绕电阻的真实电阻值确定，当恒定的电流信号通过标准电阻时获得电压信号，然后每一只精密线绕电阻均依序与恒流源I电路相接，也获得电压信号。上述电压信号经信号调理电路、A/D转换器I转换成数字量送单片机I模块处理和保存，由于标准电阻的电阻值、恒流源I电路提供的电流信号均为确定值，以及从精密线绕电阻和标准电阻上获得的电压信号之间的比例关系可求得，因此每一只精密线绕电阻的真实电阻值容易求出：

K=N Vi/N V0=N Ri I/N R0I=Ri/R0

Ri=K R0

式中：

N为信号调理电路的放大倍数；

V0为标准电阻上获得的电压信号；

R0为标准电阻；

Vi为精密线绕电阻上获得的电压信号；

Ri为精密线绕电阻；

获得精密线绕电阻的真实电阻值后，查热电阻分度表即得到真实温度值。当所述热电阻温度自动校验仪中电阻模块通过继电器驱动模块选通与所述一种基于校验数据的热电阻温度测量仪连接时，由后者的恒流源电路提供的恒定电流获得测量电压值，即可用测量电压值查分段数据表得到真实温度值。平时，当测量电压值不在分段数据表中时，则令不在分段数据表中的测量电压值为Vu,经单片机查分段数据表获得大于Vu的表中相邻测量电压值Vub及对应的真实温度值Tub2，和小于Vu的表中相邻测量电压值Vua及对应的真实温度值Tub1，令Ki为不在表中的测量电压值Vu的增量系数：

Ki=（Vu-Vua）/（Vub-Vua）…………………1

则有该不在表中的测量电压值Ru对应的真实温度值Tts为：

Tts=Tub1+Ki*（Tub2-Tub1）……………….2

式中：

Vu----不在分段数据表中的真实电阻值；

Vua----分段数据表中小于Vu的相邻真实电阻值；

Vub----分段数据表中大于Vu的相邻真实电阻值；

Tts----真实电阻值Vu对应的真实温度值；

Tub1----Vua对应的真实温度值；

Tub2----Vub对应的真实温度值。

采用所述热电阻温度自动校验仪可以很方便地实现多温度校验点的智能校验并通过RS232与所述一种基于校验数据的热电阻温度测量仪通信。分段数据表存放于非易失存储器中，依据所使用的温度范围及对温度测量精度的要求取热电阻分度表相应部分进行分段，并设置各段温度校验点，逐点建立分段的校验点数据，每一温度校验点数据包含真实电阻值、测量电压值、真实温度值。在温度测量现场实际使用时，利用测量电压值查分段数据表得到真实温度值或经上述计算即得到对应的真实温度值。

（四）附图说明：

附图是一种基于校验数据的热电阻温度测量仪电路结构方框图。

（五）具体实施方式：

一种基于校验数据的热电阻温度测量仪，其电路结构如附图所示，它由输入电路1、A/D转换器2、单片机3、恒流源电路4、非易失存储器5、LED显示器6及电源7组成，借助热电阻温度自动校验仪9用于生成分段数据表中的各温度校验点的校验数据。其中输入电路1用于将热电阻输出的温度电压信号作滤波放大处理，清除各种高次谐波信号和常见的干扰，恒流源电路4由基准电压源、集成运算放大器组成，基准电压源选择温度系数好的MC1403。非易失存储器5用于保存分段数据表，单片机3还通过RS232与电阻温度自动校验仪9通信。

Claims

1.一种基于校验数据的热电阻温度测量仪，其特征是它采用热电阻温度自动校验仪模拟热电阻传感器得到的各个温度校验点的校验数据来建立分段数据表；热电阻温度自动校验仪它是由恒流源I电路、电阻模块、继电器驱动模块、信号调理电路、A/D转换器I、单片机I模块组成，其中高精度的恒流源I电路是采用标准电池作为集成运算放大器的基准电压源，电阻模块由一只标准电阻和多只精密线绕电阻及继电器组成，每一只精密线绕电阻分别对应热电阻分度表中的某个温度校验点，该温度校验点的设置是依据热电阻分度表的电阻温度曲线进行逼近曲线的非线性校正的分段，在每段的头尾和中间取2至数个温度校验点，每次校验时，先由继电器选通电阻模块与恒流源I电路连接，进行精密线绕电阻的真实电阻值确定，当恒定的电流信号通过标准电阻时获得电压信号，然后每一只精密线绕电阻均依序与恒流源I电路相接，也获得电压信号，上述电压信号经信号调理电路、A/D转换器I转换成数字量送单片机I模块处理和保存，由于标准电阻的电阻值、恒流源I电路提供的电流信号均为确定值，以及从精密线绕电阻和标准电阻上获得的电压信号之间的比例关系可求得，因此每一只精密线绕电阻的真实电阻值容易求出，用真实电阻值查热电阻分度表即得到真实温度值；当所述热电阻温度自动校验仪中电阻模块通过继电器驱动模块选通与所述一种基于校验数据的热电阻温度测量仪连接时，由后者的恒流源电路提供的恒定电流获得测量电压值，即可用测量电压值查分段数据表得到真实温度值，平时，当测量电压值不在分段数据表中时，则令不在分段数据表中的测量电压值为Vu,经单片机查分段数据表获得大于Vu的表中相邻测量电压值Vub及对应的真实温度值Tub2，和小于Vu的表中相邻测量电压值Vua及对应的真实温度值Tub1，令Ki为不在表中的测量电压值Vu的增量系数：

Ki=（Vu-Vua）/（Vub-Vua）…………………1

则有该不在表中的测量电压值Ru对应的真实温度值Tts为：

Tts=Tub1+Ki*（Tub2-Tub1）……………….2

式中：

Vu----不在分段数据表中的真实电阻值；

Vua----分段数据表中小于Vu的相邻真实电阻值；

Vub----分段数据表中大于Vu的相邻真实电阻值；

Tts----真实电阻值Vu对应的真实温度值；

Tub1----Vua对应的真实温度值；

Tub2----Vub对应的真实温度值；

所述分段数据表存放于非易失存储器中，依据所使用的温度范围及对温度测量精度的要求取热电阻分度表相应部分进行分段，并设置各段温度校验点，逐点建立分段的校验点数据，每一温度校验点数据包含真实电阻值、测量电压值、真实温度值，在温度测量现场实际使用时，利用测量电压值查分段数据表得到真实温度值或经上述计算即得到对应的真实温度值。

2.根据权利要求1所述的一种基于校验数据的热电阻温度测量仪，其特征在于它包括：

输入电路1、A/D转换器2、单片机3、恒流源电路4、非易失存储器5、LED显示器6及电源7组成，借助热电阻温度自动校验仪9用于生成分段数据表中的各温度校验点的校验数据，其中恒流源电路4由基准电压源、集成运算放大器组成，非易失存储器5用于保存分段数据表，单片机3还通过RS232与电阻温度自动校验仪9通信。