CN110823405B - 一种温度传感器的温度标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度传感器的温度标定方法，包括测量在不同温度T下的热敏电阻的电阻值R；以
Figure DDA0002237522440000011
为横坐标，以R‑1为纵坐标建立坐标系和根据温度T与电阻值R的对应关系拟合出
Figure DDA0002237522440000012
的曲线；根据曲线计算第一参数a和第二参数b的数值；根据
Figure DDA0002237522440000013
对温度传感器进行标定并通过当前所述测量模块测得的电阻值R确定待测温度Tx。使拟合的曲线无论在0℃以上的高温区还是在0℃以下的低温区均具有良好的线性关系，避免现有标定方法带来的曲线漂移和偏差，提升标定的温度传感器的精度。

Description

一种温度传感器的温度标定方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是一种温度传感器的温度标定方法。
背景技术
温度传感器是一种能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器在生产和生活中应用非常广泛。随着电子器件往柔性化发展，利用新材料碳基材料或半导体材料制备的新型温度传感器具有柔性化特性且符合负温度系数。但目前依然沿用现有的标定方法对新型温度传感器标定，现有标定方法采用Rt＝R0*exp(B*(1/T1-1/T2))进行标定，其中T1和T2是测量时采用的开尔文温度；R0是热敏电阻在T2下的标准阻值，Rt是热敏电阻在T1下的测量阻值，B是热敏电阻的参数。导致所标定的温度传感器的温度曲线漂移与偏差，且随着温度的降低而线性度越差，其漂移与偏差在0℃以下区间更为明显，使得标定的温度传感器测量不准确。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种温度传感器的温度标定方法。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种温度传感器的温度标定方法，所述温度传感器包括至少一个负温度系数热敏电阻和测量模块，所述温度标定方法包括以下步骤：
通过测量模块测量在不同温度T下的所述负温度系数热敏电阻的电阻值R；
将温度T从摄氏度温度转换为开尔文温度；
以
Figure BDA0002237522420000021
为横坐标，以R-1为纵坐标建立坐标系和根据温度T与电阻值R的对应关系拟合出
Figure BDA0002237522420000022
的曲线，其中a为第一参数，b为第二参数；
根据曲线计算所述第一参数a和所述第二参数b的数值；
根据
Figure BDA0002237522420000023
对所述温度传感器进行标定，并通过当前所述测量模块测得的电阻值R确定待测温度Tx。
上述温度传感器的温度标定方法至少具有以下的有益效果：通过该温度标定方法对对负温度系数热敏电阻标定，使拟合的曲线无论在0℃以上的高温区还是在0℃以下的低温区均具有良好的线性关系，避免现有标定方法带来的曲线漂移和偏差，提升标定的温度传感器的精度。
进一步，所述负温度系数热敏电阻的电阻值随温度上升而降低。
具体地，所述负温度系数热敏电阻采用碳基材料或半导体材料制成。
进一步，所述第一参数a和所述第二参数b的数值与所述负温度系数热敏电阻所采用的材料相关。
进一步，所述第一参数a与所述第二参数b的数值与所述负温度系数热敏电阻的长度大小负相关，与所述负温度系数热敏电阻的横截面积大小正相关。
进一步，所述温度T的第一阈值Ta在-15℃以下，所述温度T的第二阈值Tb在55℃以上；所述温度T的范围为[Ta,Tb]。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种温度传感器的温度标定方法的步骤图；
图2是应用于碳纤维材料制成的负温度系数热敏电阻的曲线比较图；
图3是应用于多壁碳纳米管材料制成的负温度系数热敏电阻的曲线比较图；
图4是应用于多孔碳材料制成的负温度系数热敏电阻的曲线比较图；
图5是不同直径大小的负温度系数热敏电阻的曲线比较图；
图6是不同长度大小的负温度系数热敏电阻的曲线比较图；
图7是本发明实施例一种温度传感器的温度标定系统的原理图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明实施例，提供了一种温度传感器的温度标定方法，温度传感器20包括至少一个负温度系数热敏电阻21和测量模块22，温度标定方法包括以下步骤：
步骤S1、通过测量模块22测量在不同温度T下的负温度系数热敏电阻21的电阻值R；
步骤S2、将温度T从摄氏度温度转换为开尔文温度；
步骤S3、以
Figure BDA0002237522420000041
为横坐标，以R-1为纵坐标建立坐标系和根据温度T与电阻值R的对应关系拟合出
Figure BDA0002237522420000042
的曲线，其中a为第一参数，b为第二参数；
步骤S4、根据曲线计算第一参数a和第二参数b的数值；
步骤S5、根据
Figure BDA0002237522420000051
对温度传感器20进行标定，并通过当前测量模块22测得的电阻值R确定待测温度Tx。
在该实施例中，通过该温度标定方法对负温度系数热敏电阻21标定，使拟合的曲线无论在0℃以上的高温区还是在0℃以下的低温区均具有良好的线性关系，避免现有标定方法带来的曲线漂移和偏差，提升标定的温度传感器20的精度。
在步骤S1中，具体地，将负温度系数热敏电阻21置于恒温控制装置10中，然后调节恒温控制装置10的温度，并通过测量模块22测量在不同温度T下的负温度系数热敏电阻21的电阻值R。温度T采用摄氏度温度。
在步骤S2中，需将温度T从摄氏度温度转换为开尔文温度，否则会对曲线的拟合效果造成影响。
需要说明的是，在步骤1中，若恒温控制装置10的温度T采用开尔文温度，则无需执行步骤2的转换。
在步骤S3和步骤S4中，将温度T和电阻值R的数据输入至数据处理装置30，数据处理装置30根据温度T和电阻值的对应关系拟合出
Figure BDA0002237522420000052
的曲线。该曲线整体上具有良好的线性关系，无论是在0℃以上的高温区还是在0℃以下的低温区。具体地，数据处理装置30为计算机。
在步骤S5中，由
Figure BDA0002237522420000053
推导出
Figure BDA0002237522420000054
根据
Figure BDA0002237522420000061
对温度传感器20进行标定，并通过当前测量模块22测得的电阻值R确定待测温度Tx。Tx为温度传感器20输出的结果。
进一步，负温度系数热敏电阻21的电阻值随温度上升而降低。具体地，负温度系数热敏电阻21采用碳基材料或半导体材料制成，具有良好的柔性化特性，适用于柔性化的电子器件。
进一步，第一参数a为曲线
Figure BDA0002237522420000062
的斜率；第二参数b为曲线
Figure BDA0002237522420000063
的截距。第一参数a和第二参数b的数值与负温度系数热敏电阻21所采用的材料相关。
进一步，温度T的第一阈值Ta在-15℃以下，温度T的第二阈值Tb在55℃以上；温度T的区间范围为[Ta,Tb]。需要说明的是，温度T的区间范围为步骤S1中恒温控制装置的温度调节范围，而不是温度传感器20的可测量适用范围。
参照图2，在图2中，a为碳纤维材料制成的热敏电阻的变化曲线图，b为采用现有标定方法对a的热敏电阻标定的曲线图，c为采用本发明的温度标定方法对a的热敏电阻的标定方法标定的曲线图；温度变化范围为-40℃至150℃。比较b和c可直观地得出，c中的曲线具有更佳的线性，b中的曲线已经产生漂移；尤其在0℃以下范围的曲线段，漂移程度更甚。
参照图3，在图3中，a为多壁碳纳米管材料制成的热敏电阻的变化曲线图，b为采用现有标定方法对a的热敏电阻标定的曲线图，c为采用本发明的温度标定方法对a的热敏电阻的标定方法标定的曲线图。比较b和c可直观地得出，c中的曲线具有更佳的线性，b中的曲线已经产生漂移。
参照图4，在图4中，a为多孔碳材料制成的热敏电阻的变化曲线图，b为采用现有标定方法对a的热敏电阻标定的曲线图，c为采用本发明的温度标定方法对a的热敏电阻的标定方法标定的曲线图。比较b和c可直观地得出，c中的曲线具有更佳的线性，b中的曲线已经产生漂移。
从上述描述可得出，对于碳基材料或半导体材料制成的热敏电阻，和以该热敏电阻制成的温度传感器20，相比于现有的温度标定方法，采用本发明的温度标定方法所测得的曲线具有更佳的线性，尤其是0℃以下的温度范围。本发明采用的温度标定方法避免现有标定方法带来的曲线漂移和偏差，提升标定的温度传感器20的精度，尤其是对于采用碳基材料和半导体材料制成的温度传感器20的标定。
参照图5，在图5中展示了两条曲线，两条曲线分别对应于直径大小为150um和300um的碳纤维材料制成的负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻为圆柱状，直径大小影响横截面积大小。从图中可看出，第一参数a和第二参数b随直径的增大而减小，呈负相关特性。
参照图6，在图6中展示了多条曲线，分别对应长度大小为1-9cm的碳纤维材料制成的负温度系数热敏电阻。从图中可看出，第一参数a和第二参数b随长度的增大而增大，呈现正相关特性。
参照图7，本发明的另一个实施例，提供了一种温度传感器20的温度标定系统，其中温度传感器20包括至少一个负温度系数热敏电阻21和测量装置；
测量装置与负温度系数热敏电阻21连接，用于测量热敏电阻的电阻值R；
温度标定系统包括：
恒温控制装置10，恒温控制装置10包括用于调节温度的调节控制模块11；
数据处理装置30，数据处理装置30包括：
曲线拟合单元31，用于以
Figure BDA0002237522420000081
为横坐标，以R-1为纵坐标建立坐标系和根据温度T与电阻值R的对应关系拟合出
Figure BDA0002237522420000082
的曲线，其中a为第一参数，b为第二参数；
参数计算单元32，用于根据曲线计算第一参数a和第二参数b的数值；
标定单元33，用于根据
Figure BDA0002237522420000083
对温度传感器20进行标定。
在该实施例中，将负温度系数热敏电阻21置于恒温控制装置10中，调节恒温控制装置10的温度，并通过测量模块22测量热敏电阻的电阻值R。通过数据处理装置30中的曲线拟合单元31拟合出温度-电阻曲线，根据曲线由标定单元33对温度传感器20进行标定。当温度传感器20工作时，通过当前测量模块22测得的电阻值R确定待测温度Tx并将待测温度Tx作为结果输出。
以上，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种温度传感器的温度标定方法，其特征在于，所述温度传感器包括至少一个负温度系数热敏电阻和测量模块，所述负温度系数热敏电阻采用碳基材料或半导体材料制成；所述温度标定方法包括以下步骤：
通过测量模块测量在不同温度T下的所述负温度系数热敏电阻的电阻值R；
将温度T从摄氏度温度转换为开尔文温度；
以
Figure FDA0002716889170000011
为横坐标，以R-1为纵坐标建立坐标系和根据温度T与电阻值R的对应关系拟合出
Figure FDA0002716889170000012
的曲线，其中a为第一参数，b为第二参数；
根据曲线计算所述第一参数a和所述第二参数b的数值；
根据
Figure FDA0002716889170000013
对所述温度传感器进行标定，并通过当前所述测量模块测得的电阻值R确定待测温度Tx。
2.根据权利要求1所述的一种温度传感器的温度标定方法，其特征在于，所述负温度系数热敏电阻的电阻值随温度上升而降低。
3.根据权利要求2所述的一种温度传感器的温度标定方法，其特征在于，所述第一参数a和所述第二参数b的数值与所述负温度系数热敏电阻所采用的材料相关。
4.根据权利要求3所述的一种温度传感器的温度标定方法，其特征在于，所述第一参数a与所述第二参数b的数值与所述负温度系数热敏电阻的长度大小负相关，与所述负温度系数热敏电阻的横截面积大小正相关。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种温度传感器的温度标定方法，其特征在于，所述温度T的第一阈值Ta在-15℃以下，所述温度T的第二阈值Tb在55℃以上；所述温度T的范围为[Ta,Tb]。
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