CN103674307A - 误差校准元件及带有该元件的温度变送器 - Google Patents

Abstract

本发明的一种误差校准元件及带有该元件的温度变送器属于温度变送器、温度传感器的技术领域。本发明的一种误差校准元件与智能模块设为一体，所述的误差校准元件包括热电偶冷端补偿误差校准存储单元、热电偶误差校准存储单元、变送器误差校准存储单元和变送器测量温度处理存储单元。本发明还包括带有上述误差校准元件的温度变送器。本发明的技术方案具有可修正热电偶冷端补偿误差、热电偶与变送器整体的测量误差和变送器自身温漂误差，使变送器连同热电偶整体达到高精度的特点。

Description

误差校准元件及带有该元件的温度变送器

技术领域

本发明涉及温度变送器、温度传感器技术领域，尤其涉及一种智能型误差校准元件及带有该元件的温度变送器。

背景技术

温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器智能模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V／I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。温度变送器可以进行不同的分类，根据测温元件的不同，温度变送器主要包括热电偶温度变送器和热电阻温度变送器，热电偶温度变送器的结构包括热电偶和变送器智能电路模块两大部分，两者通常分立设立。有时候，热电偶冷端温度补偿元件设于热电偶冷端。

目前市场上热电偶温度变送器的温度测量根据标准的热电偶T-mv公式进行计算获得。同时，目前市场中热电偶温度变送器的最高测量精度为0.2％，此测量精度是针对标准的热电偶信号而得出的，而实际使用中的热电偶温度变送器器不是理论参数，都存在制造误差。因此，热电偶温度变送器的整体测量精度远大于0.2％。另外，热电偶冷端温度补偿不是精密温度补偿，变送器智能电路模块(以下简称“智能模块”)不能修正自身的温度漂移误差，这些误差都将累加到实际测量误差中。

以目前配置的热电偶温度变送器(0～600℃量程，I级K偶、设备精度0.2％)为例。

I级K偶误差为±0.4％×600℃=±2.4℃；设备精度0.2％，误差为±0.2％×600=±1.2℃，两项叠加误差为：±(2.4+1.2)=±3.6℃，这还没算热电偶冷端温度补偿误差，如估算温度热电偶冷端温度补偿误差±1℃，可有±(3.6+1)=±4.6℃的总误差。此时实际的全量程输出精度则跌落为：4.6÷600=0.766％。如果再加入智能模块部分的温度漂移误差，则热电偶温度变送器的精度会更低。

对于使用者来说关心的就是热电偶温度变送器的最终误差——总体误差，上述0～600℃的总体误差可粗略认为是0.766％，这一技术指标显然无法与生产中提出的精度要求相匹配，也没有从根本上解决热电偶制造分散性和测量误差大的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够消除热电偶温度变送器自身固有误差的误差校准元件以及带有该误差校准元件的变送器，该误差校准元件以及带有该元件的温度变送器具有测量精准等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种误差校准元件，该误差校准元件与热电偶设为一体，并整合到智能模块中，所述的误差校准元件包括热电偶冷端补偿误差校准存储单元、热电偶误差校准存储单元、变送器误差校准存储单元和变送器测量温度处理存储单元。

经过多个单元的测量、处理并存储消除各种误差后的待测对象的实际温度值T保持了极高的精准度。

本发明还包括一种温度变送器，该温度变送器包括热电偶、热电偶冷端补偿元件和智能模块，同时，该温度变送器还包括上述的误差校准元件。

通过上述本发明的技术方案，本发明非常有效的解决了热电偶温度变送器自身固有误差的问题，其设计合理，结构简单，设备成本较低，且可以同时修正热电偶的原始误差、冷端补偿元件的原始误差和变送器自身温度漂移造成的误差，并确保在热电偶冷端温度大范围变化时，保持温度测量值应有的准确性。

附图说明

图1为本发明的误差校准元件的一种实施方式结构示意图；

图2为本发明的热电偶温度变送器的一种实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明：

如图1和图2所示，一种误差校准元件30，该误差校准元件30与智能模块20设为一体。

如图1所示，所述的误差校准元件30包括热电偶冷端补偿误差校准存储单元31、热电偶误差校准存储单元32、变送器误差校准存储单元33和变送器测量温度处理存储单元34，其中：

热电偶冷端补偿误差校准存储单元31——用于热电偶冷端补偿误差的校准和有关数据的处理与存储。测量热电偶冷端温度值tc，存储实际的冷端温度补偿元件的温度系数(p1，p2，……pn)，其中，tc=f(pn，R)，R为冷端补偿元件的阻值，根据tc和R可得出pn值。测量、处理并存储修正前的热电偶温度值T1，处理时根据下列公式进行：T1=f(mv，tc)，其中，mv为热电偶输出电压信号。

热电偶误差校准存储单元32——用于热电偶固有误差的校准和数据存储，将智能模块20与热电偶10连接在一起，测量和存储热电偶测量端在同一温场中而冷端在不同温度场tc中时的输出电压信号mv，将该组mv与在同状态下的标准热电偶的输出电压信号MV进行最小二乘法拟合，得到一组拟合系数(a11，a12，……a1n)；再将测量端置于多个不同的温场中，重复上述操作，得到多组拟合系数(a21，a22，……a2n；……；ak1，ak2，……akn)，将多组拟合系数中对应的系数(a11，a21，……ak1；a12，a22，……ak2；……；a1n，a2n，……akn)与tc进行曲线拟合得到新的拟合系数(r11，r12，……r1n；r21，r22，……r2n；……；rk1，rk2，……rkn)，最终获得出通用热电偶与标准热电偶之间的固有偏差系数d=f(mv，tc，rkn)，调用热电偶冷端补偿误差校准存储单元的T1，测量、处理并存储校准热电偶固有误差后的温度值T2，处理时根据下列公式进行：T2=f(T1，d)。

变送器误差校准存储单元33——用于校准整个变送器的误差以及存储有关数据，将智能模块20与热电偶10连接在一起，调用热电偶误差校准存储单元的T2，并与标准温度值进行最小二乘法曲线拟合，获得标准值与测量值间的多阶曲线拟合系数(k1，k2，……kn)，测量、处理并存储变送器温度标定修正后的温度值T3，处理时根据下列公式进行：T3=f(kn，T2)。

变送器测量温度处理存储单元34——测量和存储智能模块自身温度te，在不同的te下测得相同电压信号输入的一组测量值，电压信号由精密毫伏发生器获得，将该组测量值与te进行最小二乘法曲线拟合得到一组系数b1，b2，……bn；在不同的te下测得相同电阻信号输入的一组测量值，电阻信号由精密电阻箱获得，将该组测量值与te进行最小二乘法曲线拟合得到一组系数c1，c2，……cn；bn和cn即为变送器自身温度漂移修正系数；调用变送器误差校准存储单元的T3，测量、处理并存储消除各种误差后的待测对象的实际温度值T，处理时根据下列公式进行：T=f(T3，bn，cn)。经过处理的温度值T更加精准，基本接近实际的温度值。温度值T可以通过显示装置加以显示。

本发明还包括一种温度变送器，该温度变送器包括热电偶10、热电偶冷端补偿元件50、智能模块20以及与智能模块20整合为一体的误差校准元件30。其中，

所述的误差校准元件30通过多根以上的导线40与热电偶冷端补偿元件50连接，所述的多根导线包括三根、四根、五根或者六根导线，优选误差校准元件30通过四根、五根或者六根导线40与热电偶冷端补偿元件50连接。

上述误差校准元件及带有该元件的温度变送器可同时修正热电偶的原始误差、冷端补偿元件的原始误差和自身温度漂移造成的误差，并确保在热电偶冷端温度大范围变化时，保持测量值应有的准确性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种误差校准元件，其特征在于，该误差校准元件与智能模块设为一体，所述的误差校准元件包括热电偶冷端补偿误差校准存储单元、热电偶误差校准存储单元、变送器误差校准存储单元和变送器测量温度处理存储单元，其中：

热电偶冷端补偿误差校准存储单元——测量热电偶冷端温度值tc，存储实际的冷端温度补偿元件的温度系数(p1，p2，……pn)，其中，tc=f(pn，R)，R为冷端补偿元件的阻值；测量、处理并存储修正前的热电偶温度值T1，处理时根据下列公式进行：T1=f(mv，tc)，其中，mv为热电偶输出电压信号；

热电偶误差校准存储单元——将智能模块与热电偶连接，测量和存储热电偶测量端在同一温场中而冷端在不同温度场tc中时的输出电压信号mv，将该组mv与在同状态下的标准热电偶的输出电压信号MV进行最小二乘法拟合，得到一组拟合系数(a11，a12，……a1n)；再将测量端置于多个不同的温场中，重复上述操作，得到多组拟合系数(a21，a22，……a2n；……；ak1，ak2，……akn)，将多组拟合系数中对应的系数(a11，a21，……ak1；a12，a22，……ak2；……；a1n，a2n，……akn)与tc进行曲线拟合得到新的拟合系数(r11，r12，……r1n；r21，r22，……r2n；……；rk1，rk2，……rkn)，最终获得出通用热电偶与标准热电偶之间的固有偏差系数d=f(mv，tc，rkn)，调用热电偶冷端补偿误差校准存储单元的T1，测量、处理并存储校准热电偶固有误差后的温度值T2，处理时根据下列公式进行：T2=f(T1，d)；

变送器误差校准存储单元——将智能模块与热电偶连接，调用热电偶误差校准存储单元的T2，并与标准温度值进行最小二乘法曲线拟合，获得标准值与测量值间的多阶曲线拟合系数(k1，k2，……kn)，测量、处理并存储变送器温度标定修正后的温度值T3，处理时根据下列公式进行：T3＝f(kn，T2)；

变送器测量温度处理存储单元——测量和存储智能模块自身温度te，在不同的te下测得相同电压信号输入的一组测量值，将该组测量值与te进行最小二乘法曲线拟合得到一组系数(b1，b2，……bn)；在不同的te下测得相同电阻信号输入的一组测量值，将该组测量值与te进行最小二乘法曲线拟合得到一组系数(c1，c2，……cn)；bn和cn即为变送器自身温度漂移修正系数；调用变送器误差校准存储单元的T3，测量、处理并存储消除各种误差后的待测对象的实际温度值T，处理时根据下列公式进行：T=f(T3，bn，cn)。

2.一种温度变送器，包括热电偶、热电偶冷端补偿元件和智能模块，其特征在于，该温度变送器还包括权利要求1所述的误差校准元件。

3.根据权利要求2所述的温度变送器，其特征在于，带有误差校准元件的智能模块通过多根导线与热电偶冷端补偿元件连接。

4.根据权利要求3所述的温度变送器，其特征在于，所述的多根导线为三、四、五或六根。

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