CN104764532A - 一种温度的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度的测量方法和装置，其中，所述方法包括：获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压；根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。所述方法通过获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压，并以此来计算被测物体的实际温度，提高了温度测量的准确性。

Description

一种温度的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及智能婴幼儿产品领域，特别涉及一种温度的测量方法和装置。

背景技术

现有的智能奶瓶对奶瓶中液体的测温通常采用接触式温度传感器，由于奶瓶底部和壳体通常有弧度，不能很好的与接触式温度传感器接触，温度测量的误差较大。

而采用热敏电阻温度传感器的智能奶瓶，由于热敏电阻必须和被测物体接触，故智能奶瓶在测温时，热敏电阻只能和奶瓶接触，不能直接测量奶瓶中水的温度。因此采用热敏电阻温度传感器的智能奶瓶无法准确的测量奶瓶中的液体的温度。故采用热敏电阻温度传感器的智能奶瓶较难满足用户的需要。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种温度的测量方法和装置，通过温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压来计算被测物体的实际温度，提高了测温的准确性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种温度的测量方法，所述方法包括步骤：

A、获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压；

B、根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

所述的温度的测量方法中，在所述步骤A之前，还包括步骤：将被测物体放置在温度传感器的正上方。

所述的温度的测量方法中，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。

所述的温度的测量方法中，所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

所述的温度的测量方法中，所述温度传感器为红外热电堆温度传感器。

一种温度的测量装置，所述装置包括：

温度传感器；

参数获取模块，用于获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压；

计算模块，用于根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

所述的温度的测量装置中，所述装置还包括盛放被测物体的瓶，所述瓶底放置在温度传感器的正上方。

所述的温度的测量装置中，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_OBJ为被测物体的实际温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。

所述的温度的测量装置中，所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

所述的温度的测量装置中，所述温度传感器为红外热电堆温度传感器。

相较于现有技术，本发明提供的温度的测量方法和装置，通过获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压，并以此来计算被测物体的实际温度，提高了温度测量的准确性。

附图说明

图1为本发明提供的温度的测量方法的流程图。

图2为本发明提供的温度的测量装置的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种温度的测量方法和装置，通过温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压来计算被测物体的实际温度，提高了测温的准确性。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的温度的测量方法，主要用来测量智能奶瓶套奶瓶内的被测物体的温度，奶瓶内盛放的被测物体通常为奶和水。其中，所述测量方法包括步骤：

S100、将被测物体放置在温度传感器的正上方。所述温度传感器为非接触式温度传感器，采用非接触式测温，不仅量测方便，而且测量准确。特别的，所述非接触式温度传感器为红外热电堆温度传感器，红外热电堆温度传感器具有高精度、高灵敏度、低反应时间等特点，可有效的将奶瓶中的温度实时反馈出来。所述红外热电堆温度传感器中，热电堆吸收感测范围内被测物体发出的红外能量(热量)，热电堆产生的电压代表了红外能量。故可以通过热电堆产生的电压经过一系列计算后，得出被测物体的温度。

S200、获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压。所述温度传感器的环境温度为温度传感器自身的温度，具体为温度传感器热电堆的温度。温度传感器产生的电压为被测物体放置在温度传感器正上方后，温度传感器热电堆产生的电压。

S300、根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

所述预定公式由四个公式组成，实际上是一个公式，拆分成四个而已，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，e是自然对数的底数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_OBJ为被测物体的实际温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。

所述预定公式的理论依据是斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)：一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)与黑体本身的热力学温度T(又称绝对温度)的四次方成正比。设被测物体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量为E_Red，则根据斯特藩-玻尔兹曼定律有：其中，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，σ＝5.7×10^-12W/cm²/K⁴。ε为被测物体的发射率，指被测物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，又称为黑度。

所述V_OBJ为温度传感器热电堆产生的电压，V_OBJ近似等于温度传感器热电堆吸收的全部热量减去自身辐射的热量，需要说明的是，热电堆吸收的全部热量即为被测物体辐射出的总能量E_Red，即本发明近似认为热电堆已完全吸收被测物体辐射出的总能量。则有由此可以推导出被测物体的温度为：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\frac{V_{\mathrm{OBJ}}}{\mathrm{\ϵ\σ}}},T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)}.$

其中，S是整个测温的系统参数，该参数包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响，即所述系统参数S包含有εσ，还包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响。所述f(V_OBJ)与V_OBJ有映射关系(具体见公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²)，而所述系统参数S使得f(V_OBJ)为热红外辐射过来的量值，即被测物体辐射出来的能量，其去除了周边物体的热辐射及热传导的影响，与接收到被测物体的辐射存在一个映射关系，被测物温度升高时，f(V_OBJ)也相应升高，反之减少。V_OS是热电堆自身的热辐射，b₀、b₁和b₂是环境温度对V_OS的影响因子，通过实验数据总结而成。a₁，a₂，c₂是温度传感器参数，为固定值。S₀通过实验数据校准计算得出。

所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

由所述预定公式计算出被测物体的温度T_OBJ，本发明提供的温度的测量方法，只需获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压，即可通过预定公式计算出被测物体的温度，使温度测量变得简单而又精确。

基于上一实施例提供的温度的测量方法，本发明还提供一种温度的测量装置，该装置主要用来测量智能奶瓶套奶瓶内的被测物体的温度，当然，也可以测量其他物体的温度，不发明不作限定。奶瓶内盛放的被测物体通常为奶和水。请参阅图2，所述装置包括温度传感器10、参数获取模块20和计算模块30。所述被测物体放置在温度传感器10的正上方。

所述温度传感器10为非接触式温度传感器，采用非接触式测温，不仅量测方便，而且测量准确。特别的，所述非接触式温度传感器为红外热电堆温度传感器，红外热电堆温度传感器具有高精度、高灵敏度、低反应时间等特点，可有效的将奶瓶中的温度实时反馈出来。所述红外热电堆温度传感器中，热电堆吸收物体在传感器感测范围内被测物体发出的红外能量(热量)，热电堆产生的电压代表了红外能量。故可以通过热电堆产生的电压经过一系列计算后，得出被测物体的温度。

所述参数获取模块20，用于获取温度传感器10的环境温度和温度传感器10产生的电压。所述温度传感器20的环境温度为温度传感器20自身的温度，具体为温度传感器热电堆的温度。温度传感器20产生的电压为被测物体放置在温度传感器20正上方后，温度传感器20热电堆产生的电压。

计算模块30，用于根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

所述预定公式由四个公式组成，实际上是一个公式，拆分成四个而已，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，e是自然对数的底数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_OBJ为被测物体的实际温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

所述预定公式的理论依据是斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)：一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)与黑体本身的热力学温度T(又称绝对温度)的四次方成正比。设被测物体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量为E_Red，则根据斯特藩-玻尔兹曼定律有：其中，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，σ＝5.7×10^-12W/cm²/K⁴。ε为被测物体的发射率，指被测物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，又称为黑度。

所述V_OBJ为温度传感器热电堆产生的电压，V_OBJ近似等于温度传感器热电堆吸收的全部热量减去自身辐射的热量，需要说明的是，热电堆吸收的全部热量即为被测物体辐射出的总能量E_Red，即本发明近似认为热电堆已完全吸收被测物体辐射出的总能量。则有由此可以推导出被测物体的温度为：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\frac{V_{\mathrm{OBJ}}}{\mathrm{\ϵ\σ}}},T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)}.$

其中，S是整个测温的系统参数，该参数包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响，即所述系统参数包含有εσ，还包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响。所述f(V_OBJ)与V_OBJ有映射关系(具体见公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²)，而所述系统参数S使得f(V_OBJ)为热红外辐射过来的量值，即被测物体辐射出来的能量，其去除了周边物体的热辐射及热传导的影响，与接收到被测物体的辐射存在一个映射关系，被测物温度升高时，f(V_OBJ)也相应升高，反之减少。V_OS是热电堆自身的热辐射，b₀、b₁和b₂是环境温度对V_OS的影响因子，通过实验数据总结而成。a₁，a₂，c₂是温度传感器参数，为固定值。S₀通过实验数据校准计算得出。

本发明提供的温度的测量装置，只需获取温度传感器10的环境温度和温度传感器10产生的电压，即可通过预定公式计算出被测物体的温度，使温度测量变得简单而又精确。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种温度的测量方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压；

B、根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

2.根据权利要求1所述的温度的测量方法，其特征在于，在所述步骤A之前，还包括步骤：将被测物体放置在温度传感器的正上方。

3.根据权利要求2所述的温度的测量方法，其特征在于，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。

4.根据权利要求3所述的温度的测量方法，其特征在于，所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

5.根据权利要求1所述的温度的测量方法，其特征在于，所述温度传感器为红外热电堆温度传感器。

6.一种温度的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

温度传感器；

参数获取模块，用于获取温度传感器的环境温度和温度传感器产生的电压；

计算模块，用于根据所述环境温度和电压，按预定公式计算被测物体的实际温度。

7.根据权利要求6所述的温度的测量装置，其特征在于，所述被测物体放置在温度传感器的正上方。

8.根据权利要求7所述的温度的测量装置，其特征在于，所述预定公式为：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂为常数，V_OBJ为温度传感器产生的电压，T_DIE为温度传感器的环境温度，T_OBJ为被测物体的实际温度，T_REF＝298.15K，公式中温度的单位均为开尔文。

9.根据权利要求8所述的温度的测量装置，其特征在于，所述常数S₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂和c₂的具体值为：S₀＝6×e-14，a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，c₂＝13.4。

10.根据权利要求6所述的温度的测量装置，其特征在于，所述温度传感器为红外热电堆温度传感器。