CN103630270A

CN103630270A - 一种热电偶温度测量仪及其调试装置

Info

Publication number: CN103630270A
Application number: CN201310683539.7A
Authority: CN
Inventors: 张金木
Original assignee: 张金木
Current assignee: Guangzhou Yu measurement Electronic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN103630270B

Abstract

本发明涉及一种热电偶温度测量仪及其调试装置，它包含步进电机、热电偶温度测量仪和基于温度差的温度校验仪。所述热电偶温度测量仪是利用温度校验数据建立分段数据表，平时温度测量时采用查表计算方法实现非线性纠正和误差补偿，并通过步进电机实现每次多台热电偶温度测量仪的出厂调试。

Description

一种热电偶温度测量仪及其调试装置

（一）技术领域：

（二）背景技术：

温度测量涉及各个领域，热电偶温度测量仪表则是用途广泛的温度测量用产品。热电偶在热环境中产生温度毫伏信号与温度相对应，现有热电偶温度测量仪表是将所述温度毫伏信号，经非线性纠正和误差补偿的复杂计算后得到测量温度。其测量误差来自上述输入电路和A/D转换器和拟合热电偶温度毫伏曲线的非线性纠正的误差。热电偶温度测量仪表调试校验，一般采用电子电位差计选取3-4个温度测量点手工校验纠正，因此校验速度慢，校验精度也不高。

（三）发明内容：

现有热电偶温度测量仪表是采用热电偶分度表的温度毫伏曲线进行逼近曲线的复杂非线性纠正计算来获得真实温度值，占用大量单片机资源，同时只选择两三个温度校验点的误差补偿精度差。本发明涉及一种热电偶温度测量仪及其调试装置，它包括：驱动控制模块、步进电机、单片机、联结器、波段开关、热电偶温度测量仪、基于温度差的温度校验仪。它是利用基于温度差的温度校验仪，获得按非线性纠正分段的各分段中温度校验点的温度校验数据，利用温度校验数据实现非线性纠正和误差补偿。所述基于温度差的温度校验仪是采用脉宽调制方法模拟温度热电势，利用单片机定时器把恒定的直流稳压电源调制成频率一定、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，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，在温度范围内细分成相等的步进值，再将所须热电势步进值的步数的数字量作为定时器的初值，从而无需D/A转换，简化电路提高测量精度。本发明将热电偶分度表按非线性纠正分段后，每一个分段设置数个温度校验点，并基于温度校验点的温度校验数据建立分段数据表。实际测量时利用测量电压值查分段数据表获得真实温度值，无须复杂的非线性纠正计算，也无须采用最小二乘法计算分段区间的温度变化系数。

当所述一种热电偶温度测量仪，将热电偶产生的输入温度毫伏值数字化后即得到的测量电压值，如果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，则有该不在表中的测量电压值Vu对应的真实温度值Tts为：

Tts=Tub1+[（Vu-Vua）/（Vub-Vua）]*（Tub2-Tub1）………1式中：

Vu----不在分段数据表中的测量电压值；

Vua----分段数据表中小于Vu的相邻测量电压值；

Vub----分段数据表中大于Vu的相邻测量电压值；

Tts----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。

由于热电偶测量的是两端温度差，未包含环境温度的影响。所述基于温度差的温度校验仪，则是增设一个采用铂热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所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将所述基于温度差的温度校验仪在温度校验点设置的真实温度的热电势减去环境温度热电势，就得到基于两端温度差的模拟热电偶的输入温度毫伏值，它和经RS232送出的真实温度一起作为温度校验数据输出。所述分段数据表中的每一温度校验点内容为：输入温度毫伏值、测量电压值、真实温度值，其中真实温度值包含了环境温度测量误差纠正。

每次校验热电偶温度测量仪的数量由波段开关触头数决定，波段开关的每一个触头都与对应的一台热电偶温度测量仪的热电偶接线端连接，其中一个接线端也可作为公共端直接与基于温度差的温度校验仪输出端相接。驱动控制模块包含驱动控制IC，由单片机送出的脉冲信号经驱动控制模块作信号分配和功率放大后送步进电机，步进电机将电脉冲信号转变为角位移，并通过联结器使波段开关按单片机控制转动一个角位移，实现触头选通。联结器将步进电机轴和波段开关轴联结用于传递力矩。电机轴的位置和速度与脉冲数及频率成一一对应关系。其脉冲信号由单片机产生，脉冲信号的占空比越大电机转速越高。信号分配根据步进电机工作方式、步距角来确定。单片机还通过RS232与热电偶温度测量仪及基于温度差的温度校验仪通信。调试时，由单片机定时器产生脉冲信号，并根据选通波段开关触头所需转角，向驱动控制模块送出脉冲数，从而使波段开关接通下一个触头对应的待校验热电偶温度测量仪，同时单片机通过RS232向基于温度差的温度校验仪和热电偶温度测量仪发送控制指令，基于温度差的温度校验仪即向热电偶温度测量仪输出其输入温度毫伏值并通过RS232送出真实温度值，它与由输入温度毫伏值经数字化后的测量电压值，一起作为分段数据表中的该温度校验点的温度校验数据送至分段数据表保存，待所有温度校验点都校验完成后进入下一台校验。

（四）附图说明：

附图是一种热电偶温度测量仪及其调试装置的电路结构方框图。

（五）具体实施方式：

一种热电偶温度测量仪及其调试装置的电路结构方框图如附图所示，它由热电偶温度测量仪1、波段开关2、基于温度差的温度校验仪3、单片机4、驱动控制模块5、步进电机6和联结器7组成。用于对热电偶温度测量仪1生成分段数据表的温度校验数据。其中基于温度差的温度校验仪3中的第二单片机采用89Ｃ52用于生成脉宽调制信号，并经光电耦合器送入脉宽调制模块，使之按脉宽调制信号的占空比控制脉宽调制模块中电子开关，被调制后宽度按设定值变化的脉冲电压序列，再输入到滤波放大模块处理，使之成为平滑的直流毫伏信号。该滤波放大模块由ＯＰ07等低噪声运算放大器ＩＣ构成。环境温度测量模块和铂热电阻传感器用于测量环境温度。步进电机6的脉冲信号占空比取0.3-0.4，联结器7用于传递步进电机6的力矩。

Claims

1.一种热电偶温度测量仪及其调试装置,包括：驱动控制模块、步进电机、单片机、联结器、波段开关、热电偶温度测量仪、基于温度差的温度校验仪,所述基于温度差的温度校验仪是采用脉宽调制方法模拟温度热电势,利用单片机定时器把恒定的直流稳压电源调制成频率一定、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,其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表,在温度范围内细分成相等的步进值,再将所须热电势步进值的步数的数字量作为定时器的初值;本发明将热电偶分度表按非线性纠正分段后,每一个分段设置数个温度校验点,并基于温度校验点的温度校验数据建立分段数据表,实际测量时利用测量电压值查分段数据表获得真实温度值,当所述一种热电偶温度测量仪,将热电偶产生的输入温度毫伏值数字化后即得到的测量电压值,如果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,则有该不在表中的测量电压值Vu对应的真实温度值Tts为:

Tts=Tub1+[(Vu-Vua)/(Vub-Vua)]*(Tub2-Tub1)………1式中:

Vu----不在分段数据表中的测量电压值;

Vua----分段数据表中小于Vu的相邻测量电压值;

Vub----分段数据表中大于Vu的相邻测量电压值;

Tts----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;

所述基于温度差的温度校验仪在温度校验点设置的真实温度的热电势减去环境温度热电势,就得到基于两端温度差的模拟热电偶的输入温度毫伏值,它和经RS232送出的真实温度一起作为温度校验数据输出,所述分段数据表中的每一温度校验点内容为：输入温度毫伏值、测量电压值、真实温度值,其中真实温度值包含了环境温度测量误差纠正;

每次校验热电偶温度测量仪的数量由波段开关触头数决定,波段开关的每一个触头都与对应的一台热电偶温度测量仪的热电偶接线端连接,驱动控制模块包含驱动控制IC,由单片机送出的脉冲信号经驱动控制模块作信号分配和功率放大后送步进电机,步进电机将电脉冲信号转变为角位移,并通过联结器使波段开关按单片机控制转动一个角位移,实现触头选通;调试时,由单片机定时器产生脉冲信号,并根据选通波段开关触头所需转角,向驱动控制模块送出脉冲数,从而使波段开关接通下一个触头对应的待校验热电偶温度测量仪,同时温度校验仪即向热电偶温度测量仪输出其输入温度毫伏值并通过RS232送出真实温度值,它与由输入温度毫伏值经数字化后的测量电压值,一起作为分段数据表中的该温度校验点的温度校验数据送至分段数据表保存,待所有温度校验点都校验完成后进入下一台校验。