CN112649105A - 一种pt100温度校准与测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PT100温度校准与测量方法。其中，温度校准方法采用多点校准法，如图1所示：首先使用不同的精密电阻对多个温度点进行采样，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值，然后分别将实际测得的电阻值与分度表中的电阻值对应取差值，得到静态校准值，分段对静态校准值取差值，再除以该段的温度差值，得到对应段的动态校准系数，将动态校准系数乘实测温度值所在温度域得到动态校准值，最后将静态校准值与动态校准值相加构成该段的动态校准公式，再与实际测量值相加得到最终的校准值。温度测量方法使用查表法与公式法相结合的方式，如图2所示：首先根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值，然后将实测的电阻值加上静态校准值，使用二分法在分度表中查找对应的温度域，将温度域代入动态校准公式得到最终的电阻校准值△RN_ADJUST，再次使用二分法在分度表中查找对应的温度域，在更新后的温度域上使用线性方式计算出当前电阻值对应的温度值。

Description

一种PT100温度校准与测量方法
技术领域
本发明涉及温度校准与测量技术领域，特别是一种PT100温度校准与测量方法。
背景技术
随着电子和自动化技术的飞速发展，自动化检测成为其重要的一环，其中，温度检测是自动化检测中的重要组成部分。铂热电阻PT100是温度检测常用的传感器，由于其阻值随着温度上升近似呈线性增长而被广泛应用于医疗、工业制造、电机控制、火灾报警等测温场景中。但在一些要求高精度测温的场合中，若不对PT100进行温度校准，或仅使用单一的查表法或公式法测量温度值，则会导致较大的测量误差。
因此，需要提供一种PT100温度校准与测量方法，用于在软件层面降低PT100测温时导致的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的问题，提供一种PT100温度校准与测量方法。
为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案，包括：
S1，PT100温度校准方法；
S2，PT100温度测量方法。
进一步地，所述步骤S1中的PT100温度校准方法，包括：
S11，使用不同的精密电阻对多个温度点进行采样，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；
S12，分别将实际测得的电阻值与分度表中的电阻值对应取差值，得到静态校准值；
S13，分段对静态校准值取差值，再除以该段的温度差值，得到对应段的动态校准系数，将动态校准系数乘实测温度值所在温度域得到动态校准值；
S14，将静态校准值与动态校准值相加构成该段的动态校准公式，再与实际测量值相加得到最终的校准值。
进一步地，所述步骤S2中的PT100温度测量方法，包括：
S21，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；
S22，将实测的电阻值加上静态校准值，使用二分法在分度表中查找对应的温度域；
S23，将温度域代入动态校准公式得到最终的电阻校准值△RN_ADJUST，再次使用二分法在分度表中查找对应的温度域；
S24，在更新后的温度域上使用线性方式计算出当前电阻值对应的温度值。
进一步地，所述步骤S11中的精密电阻为不同温度点对应的分度表中的精密电阻。
进一步地，所述步骤S11中的根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值，包括：
S111，使用恒压源对PT100温度传感器供电，检测PT100温度传感器的电压模拟量；
S112，通过运算放大器电路对检测到的电压模拟量进行放大；
S113，AD采样芯片采集放大后的电压模拟量并转换为数字脉冲信号；
S114，MCU捕获并解析数字脉冲信号，根据运算放大电路的具体参数计算出输出电压。
本发明的有益技术效果为：通过对PT100温度传感器进行校准，计算静态与动态校准值，以及在测量过程中使用分段线性法，在软件层面降低了PT100测温时导致的误差。
附图说明
图1为本发明的一种PT100温度校准方法的流程图；
图2为本发明的一种PT100温度测量方法的流程图；
图3为本发明的一种根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种电阻值﹣温度值对应关系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下内容仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种PT100温度校准与测量方法，包括：S1，PT100温度校准方法；S2，PT100温度测量方法。
图1为本发明的一种PT100温度校准方法流程图，其包括以下步骤：S11，使用不同的精密电阻对多个温度点进行采样，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；S12，将实际测得的电阻值与分度表中的电阻值对应取差值；S13，分段对差值计算求取对应段的比例系数；S14，将比例系数乘实际测得的温度值，再加上初始差值即构成了该段的动态校准系数。
图2为本发明的一种PT100温度测量方法流程图，其包括以下步骤：S21，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；S22，将实测的电阻值加上静态校准值，使用二分法在分度表中查找对应的温度与；S23，根据得到的温度域，将静态校准后的电阻值加上动态校准值，得到△RN_ADJUST，再次使用二分法在分度表中查找对应的温度域；S24，在更新后的温度域上使用线性方式计算出当前电阻值对应的温度值。
图3为所述步骤S11中根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值的流程图，其包括以下步骤：S111，使用恒压源对PT100温度传感器供电，检测PT100温度传感器的电压模拟量；S112，通过运算放大器电路对检测到的电压模拟量进行放大；S113，AD采样芯片采集放大后的电压模拟量并转换为数字脉冲信号；S114，MCU捕获并解析数字脉冲信号，根据运算放大电路的具体参数计算出输出电压。
通过PT100分度表可知，温度为0℃时对应的电阻值为100Ω，50℃对应的电阻值为119.40Ω，100℃对应的电阻值为138.51Ω，假设实际校准时通过上述三线制差分放大电路测得的电压值转换为对应的电阻值分别为95.00Ω(对应0℃)、117.00Ω(对应50℃)、131.00Ω(对应100℃)，如图4所示，可知理论值为线性而实测值为非线性，为了降低校准误差，本发明提出如下校准方式：首先对相同温度下的理论值与实际值求差值，分别得到静态校准值△R1＝5.00Ω、△R2＝2.40Ω、△R3＝7.51Ω，然后分为两段，分别为0～50℃和50～100℃，对于第一段，将△R2与△R1取差值得△D1＝﹣2.60Ω，再将其除以该段的温度差值△T1＝50℃，得到第一段的动态校准系数△A1＝△D1/△T1＝﹣2.60/50，由此可得第一段的动态校准值为△A1×T1(T1为实测温度值所在的温度域，温度域差值为1℃，取左区间值)，最后得到第一段的动态校准公式为95.00+5.00﹣2.60/50×T1；同理，对于第二段，将△R3与△R2取差值得△D1＝5.11Ω，再将其除以该段的温度差值△T2＝50℃，得到第二段的动态校准系数为△A2＝△D2/△T2＝5.11/50，由此可得第二段的动态校准值为△A2×(T2-50)，最后得到第二段的动态校准公式为117.00+2.40+5.11/50×(T2﹣50)。
将上述流程与动态校准系数抽象为数学公式，假设分段数为N，对应温度值T1_F、T2_F…TN_F，通过分度表可知对应电阻理论值为R1_T、R2_T…RN_T，通过校准可得对应电阻实际值为R1_P、R2_P…RN_P，将这些值对应取差值，可得静态校准值△R1、△R2…△RN；将这些值分为(N﹣1)段，对于第一段，将△R2与△R1取差值得△D1，将T2与T1取差值得△T1，对△D1和△T1求商得第一段的动态校准系数△A1＝△D1/△T1，由此可得第一段的动态校准值为△A1×T1(T1为实测温度值所在的温度域，温度域差值为1℃，取左区间值)，最后得到第一段的动态校准公式为R1_P+△R1+△A1×T1，同理，其他段的计算方式与第一段一致，以此类推，可得第N段的动态校准公式为△RN_ADJUST＝RN_P+△RN+△AN×(TN﹣TN_F)，其中TN为实测温度值所在的温度域(温度域差值为1℃，取左区间值)。
校准完成后进行PT100温度测量，首先对PT100三线制差分放大电路的输出电压进行采样，根据采样值与电压值﹣电阻值转换公式计算出实测的电阻值，然后对实测的电阻值加上静态校准值，在分度表中使用二分查找法查找对应的温度域，根据得到的温度域对实测的电阻值再加上动态校准值，得到△RN_ADJUST，再次对该值使用二分查找法，在分度表中查找对应的温度域，最后在该温度域上使用线性方式计算出校准之后的电阻值△RN_ADJUST对应的温度值，至此PT100温度值校准与测量结束。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种PT100温度校准与测量方法，其特征在于，包括：
S1，PT100温度校准方法；
S2，PT100温度测量方法。
2.根据权利要求1所述的PT100温度校准与测量方法，其特征在于，所述步骤S1中的PT100温度校准方法包括：
S11，使用不同的精密电阻对多个温度点进行采样，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；
S12，分别将实际测得的电阻值与分度表中的电阻值对应取差值，得到静态校准值；
S13，分段对静态校准值取差值，再除以该段的温度差值，得到对应段的动态校准系数，将动态校准系数乘实测温度值所在温度域得到动态校准值；
S14，将静态校准值与动态校准值相加构成该段的动态校准公式，再与实际测量值相加得到最终的校准值。
3.根据权利要求1所述的PT100温度校准与测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的PT100温度校准方法包括：
S21，根据PT100温度采集电路的输出电压推算出对应的电阻值；
S22，将实测的电阻值加上静态校准值，使用二分法在分度表中查找对应的温度域；
S23，将温度域代入动态校准公式得到最终的电阻校准值△RN_ADJUST，再次使用二分法在分度表中查找对应的温度域；
S24，在更新后的温度域上使用线性方式计算出当前电阻值对应的温度值。
4.根据权利要求2所述的PT100温度校准与测量方法，其特征在于，所述步骤S11包括：
S111，使用恒压源对PT100温度传感器供电，检测PT100温度传感器的电压模拟量；
S112，通过运算放大器电路对检测到的电压模拟量进行放大；
S113，AD采样芯片采集放大后的电压模拟量并转换为数字脉冲信号；
S114，MCU捕获并解析数字脉冲信号，根据运算放大电路的具体参数计算出输出电压。
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