CN108645530B - 测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法，所述测温系统组成及测温方法如下：具有第一材质的测温探头的热端位于测温区内，采集电路用于采集测温探头的冷端与热端之间的热电动势；具有第二材质的测温元件，与所述第一材质的测温探头的冷端相连，用于获取所述测温探头的冷端温度；温度计算设备根据所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势以及所述测温探头的冷端温度，计算所述测温区的温度。通过上述技术方案，可将具有第二材质的测温元件与具有第一材质的测温探头相配合使用，并结合相应的补偿算法，保证了测算测温区温度的准确性。

Description

测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法
技术领域
本发明涉及检测与测量领域，具体地涉及测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法。
背景技术
目前测量高温一般都采用低成本的K型镍铬热电偶，但此类热电偶只能在700℃以下才能长期稳定的工作，长期在700℃以上的温度环境下往往因氧化而损坏。如果需要长期在1000℃以上的高温工作下稳定测量时，只能采用耐氧化性强的B型/R型或S型的铂铑贵金属材料的热电偶。但是这种贵金属材料价格很高，很难运用到低成本的产品中。图1为现有技术所示现有技术中利用B型热电偶测量温度的系统框图。如图1所示，B型热电偶的探头2位于测温区A内，其热端3及冷端4分别连接采集电路B，该采集电路B可根据所采集的热端3与冷端4之间的热电动势，计算出所述测温区A内的温度。然而，由于测温区A与采集电路B间隔较远，从而会导致所述B型热电偶的长度较长，进而导致该B型热电偶所需使用的铂铑合金材料较多，这样会导致成本的增加。
发明内容
本发明提供测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法，以解决上述技术问题，至少部分地解决上述技术问题。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种测温系统，所述测温系统包括：测温探头，该测温探头具有第一材质，该测温探头位于测温区内，且具有热端和冷端；测温元件，该测温元件具有第二材质，与所述第一材质的测温探头的冷端相连，用于获取所述测温探头的冷端温度；采集电路，用于采集所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势；以及温度计算设备，用于根据所述测温探头两端产生的热电动势以及所述测温探头的冷端温度，计算所述测温区的温度。
可选的，所述第一材质的成本高于所述第二材质。
可选的，所述第一材质的热敏感度高于所述第二材质。
可选的，所述第一材质的测温探头为铂铑热电偶；所述第二材质的测温元件为K型热电偶。
可选的，所述第一材质的测温探头能够测量1000℃以上的温度。
可选的，所述测温元件紧贴在所述测温探头的冷端。
可选的，根据所采集的热电动势以及所述测温元件所获取的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度：TH＝VOUT/K+TC，
其中，TH为所述测温区的温度；
VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；
K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及
TC为测温探头的冷端温度。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种测算测温区温度的方法，所述测算测温区温度的方法包括：
采集测温探头的冷端与热端之间的热电动势，该测温探头具有第一材质，该测温探头位于测温区内；
获取所述测温探头的冷端温度；
根据所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势以及所述测温探头的冷端温度，计算所述测温区的温度。
可选的，根据所述测温探头两端产生的热电动势以及所述测温探头的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度：TH＝VOUT/K+TC，
其中，TH为所述测温区的温度；VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及TC为测温探头的冷端温度。
根据本公开实施例的另一方面，提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本发明测算测温区温度的方法。
通过上述技术方案，可将具有第二材质的测温元件与具有第一材质的测温探头相配合使用，并结合相应的补偿算法，保证了测算测温区温度的准确性。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。
图1是现有技术中利用B型热电偶测量温度的系统框图；
图2是本发明一示例性实施例提供的测温系统框图；以及
图3是本发明一示例性实施例提供的测算测温区温度的流程图。
附图标记说明
A测温区 B采集电路 C温度计算设备
1铂铑热电偶 2测温探头 3测温探头热端
4测温探头冷端 5测温元件 6补偿导线
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图2是本发明一示例性实施例提供的测温系统框图，如图2所示，本发明一示例性实施例中，测温系统包括：测温探头2，该测温探头2具有第一材质，该测温探头2的位于测温区A内；测温元件5，该测温元件5具有第二材质，与所述第一材质的测温探头2的冷端4相连，用于获取所述测温探头2的冷端温度；采集电路B，用于采集所述测温探头2的冷端4与热端3之间的热电动势；以及温度计算设备7，用于根据所述测温探头2两端产生的热电动势以及所述测温探头2的冷端温度，计算所述测温区A的温度。
通过上述技术方案，可将具有第二材质的测温元件获取所述测温探头的冷端温度，并利用该冷端温度对所述第一材质的测温探头所测的温度进行补偿，保证了测算测温区温度的准确性。
进一步的，如图2所示，本发明的示例性实施例中，测温探头2采用铂铑热电偶1，铂铑热电偶1的两个电极即为测温探头的冷热两端，两个电极连接点位于测温区A内，补偿导线6将测温探头2的冷热两端分别与采集电路B连接。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，也称热端，温度较低的一端为自由端，也称冷端，冷端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表，也称热电偶的冷端温度的补偿系数，分度表是冷温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
热电偶测量温度时要求冷端温度保持不变，这样产生的热电偶两端产生的热电动势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性，所以需要对冷端温度变化造成的影响采取补偿。
本发明的示例性实施例中，采用补偿导线6将测温探头2的两端分别与采集电路B相连接，但是补偿导线6的材质和测温探头冷端4的材质不同，测温探头冷端4的热敏度比补偿导线6的热敏度高，所以补偿导线不能消除测温探头冷端温度变化对测算测温区温度的影响。因此，还需要采取其他措施补偿测温探头2冷端温度变化对测算测温区温度造成的影响。
本发明示例性实施例中，采用测温元件5测量冷端温度，补偿测温探头2冷端温度变化对测算测温区温度造成的影响。具体补偿方式如下：
测温元件5紧贴在测温探头的冷端4，采集测温探头2的冷端温度，并经采集电路反馈至温度计算设备。同时，采集电路采集测温探头冷热两端的参数值反馈至温度计算电路，温度计算电路经过软件算法测算出测温区温度。
进一步的，补偿导线6采用普通导线，且具有的第二材质的测温元件5比具有第一材质的测温探头2成本低。
进一步的，第二材质的测温元件5的作用是获取所述测温探头2的冷端温度，而测温探头2的冷端4靠近测温区A，此时测温探头2的冷端温度高于常温，但不会太高，所以对测温元件的要求不高，因此采用低成本的测温元件5采集测温探头2的冷端温度，能够保证测量的可靠性。
通过一段普通导线将测温探头2和采集电路B相连接，使用具有第二材质的测温元件5与具有第一材质的测温探头2相配合测算测温区温度的技术方案，节约了测温探头2具有的第一材质的材料，降低了材料成本，且不影响测算测温区温度的准确性。将测温元件5紧贴在测温探头的冷端4，可以减少测量误差对测算测温区温度的影响，避免出现较大误差，提高测温区温度计算的准确性。
本发明的示例性实施例中，第一材质的测温探头2可以采用铂铑热电偶，第二材质的测温元件5可以采用K型热电偶。
举例而言，测温探头2可以采用B型、R型、S型的铂铑热电偶；也可以采用C型热电偶或者其他材料制成的测温探头。测温元件5可以采用K型热电偶，也可以采用N型热电偶或者其他低成本材料制成的测温元件，例如：半导体热敏电阻温度计、双金属温度计等。
进一步的，测温探头2的热端3和冷端4采用两种不同材质的导体，两种导体的热敏度不同，并且可以与测温系统中补偿导线、采集电路形成闭合回路，当测温探头2两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间存在热电动势。
根据所述测温探头两端产生的热电动势以及所述测温探头的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度：TH＝VOUT/K+TC。其中，TH为所述测温区的温度；
VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；
K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及
TC为测温探头的冷端温度。
图3是本发明示例性实施例提供的测算测温区温度的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：
在步骤S101中，采集测温探头的冷端与热端之间的热电动势。
进一步的，该测温探头2具有第一材质，该测温探头2位于测温区内，本发明的示例性实施例中，第一材质的测温探头可以是铂铑热电偶
进一步的，采集电路将采集到的测温探头的冷端与热端之间的热电动势反馈至温度计算设备。
在步骤S102中，获取所述测温探头的冷端温度。
进一步的，本发明提供的示例性实施例，如图2所示测温系统中，采用具有第二材质的测温元件5测量测温探头2的冷端温度。在步骤S103中，根据所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势以及所述测温探头的冷端温度，计算所述测温区A的温度。
进一步的，采集电路B将采集到的所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势以及所述测温探头的冷端温度反馈至温度计算设备C，温度计算设备经过软件算法处理，测算出测温区A的温度。进一步的，所述步骤还包括：根据所述测温探头两端产生的热电动势以及所述测温探头的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度：TH＝VOUT/K+TC。
其中，TH为所述测温区的温度；
VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；
K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及
TC为测温探头的冷端温度。
在本发明的示例性实施例中，本发明提供的测温系统及利用测温系统测量温度的方法主要用于测量1000℃以上的高温，实际应用中，本发明提供的测温系统及利用测温系统测量温度的方法，也可以适用于1000℃以下的温度。
通过上述技术方案，本发明给出了利用一段普通导线将测温探头2和采集电路B相连接，使用具有第二材质的测温元件5与具有第一材质的测温探头2相配合测算测温区温度的方法，节约了测温探头2具有的第一材质的材料，降低了材料成本，且不影响测算测温区温度的准确性。另外，本发明中将测温元件5紧贴在测温探头的冷端4，可以减少测量误差对测算测温区温度的影响，避免出现较大误差，提高测温区温度计算的准确性。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种测温系统，其特征在于，所述测温系统包括：
测温探头，该测温探头具有第一材质，该测温探头位于测温区内，且具有热端和冷端；
测温元件，该测温元件具有第二材质，与所述第一材质的测温探头的冷端相连，用于获取所述测温探头的冷端温度；
采集电路，经由导线分别与所述测温探头的热端和冷端相连，用于采集所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势；以及
温度计算设备，用于根据所采集的热电动势以及所述测温元件所获取的冷端温度，计算所述测温区的温度。
2.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
所述第一材质的成本高于所述第二材质。
3.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
所述第一材质的热敏感度高于所述第二材质。
4.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
所述第一材质的测温探头为铂铑热电偶；
所述第二材质的测温元件为K型热电偶。
5.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
所述第一材质的测温探头能够测量1000℃以上的温度。
6.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
所述测温元件紧贴在所述测温探头的冷端。
7.根据权利要求1所述测温系统，其特征在于，
根据所采集的热电动势以及所述测温元件所获取的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度:
TH＝VOUT/K+TC
其中，
TH为所述测温区的温度；
VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；
K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及
TC为测温探头的冷端温度。
8.一种测算测温区温度的方法，其特征在于，
采集测温探头的冷端与热端之间的热电动势，该测温探头具有第一材质，该测温探头位于测温区内；
获取所述测温探头的冷端温度；
根据所述测温探头的冷端与热端之间的热电动势以及所述测温探头的冷端温度，计算所述测温区的温度。
9.根据权利要求8所述测算测温区温度的方法，其特征在于，
根据所述测温探头两端产生的热电动势以及所述测温探头的冷端温度计算所述测温区的温度包括根据以下公式计算所述测温区的温度：
TH＝VOUT/K+TC
其中，
TH为所述测温区的温度；
VOUT为所述测温探头冷热两端的电动势；
K为所述测温探头冷端温度的补偿系数；以及
TC为测温探头的冷端温度。
10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请权利要求8-9任一项测算测温区温度的方法。
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