CN113237575A - 一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法。本发明利用两个温度激励温度传感器后得到的两个响应信号之间的时间间隔，提高了温度传感器动态校准技术可测到的响应速度范围。本发明将脉冲信号的时间间隔逐次减去时间步长s不断逼近温度传感器的真实时间常数，并建立了相对偏差与临界相对偏差之间的数学模型，提高了时间常数校准的精度。

Description

一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法
技术领域
本发明涉及温度传感器时间常数校准技术领域，具体涉及一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法。
背景技术
温度传感器是一种将温度转换为电子信号的器件，在现代工业中有着广泛的应用，而随着科技的发展，温度传感器的种类也越来越多，根据温度传感器与被测对象之间的关系可以分为接触式和非接触式。但是无论是使用接触式温度传感器还是非接触式温度传感器进行测温，想要得到一个准确可靠的结果，就必须对温度传感器进行校准。
温度传感器的校准分为静态校准和动态校准两部分，其中静态校准技术已经非常成熟，而动态校准技术在一些极端环境下(如高温、瞬态响应等)还存在较大的发展空间，并且在实际的温度测量过程中，温度是时刻变化的，在这种情况下，温度传感器的动态指标更能反映其性能优劣。因此，对温度传感器的动态校准显得尤为重要。
目前常用的温度传感器动态校准方法主要有：水浴/油浴法、热风洞法、激波管法以及脉冲激光法。根据现行的《JJF 1049-1995温度传感器动态响应校准规范》，温度传感器动态校准主要采用油浴/水浴法和热风洞法，这两种方法适合于非快速响应的测温环境，而应用于高温快响应速度的校准方法主要是激波管法和脉冲激光法，但无论是应用在快速响应环境还是非快速响应环境的传感器的动态校准都存在一个重复性问题，即采用同一方法对同一温度传感器进行多次校准时，传感器响应曲线的峰值波动是否在误差允许的范围内，尤其是当响应曲线为单位脉冲响应曲线时，其峰值一个微小的波动会引起时间常数较大的变化。基于此，本发明提出了一种基于双温度激励的动态校准方法，采用两个温度激励触发温度传感器得到两个信号，根据两信号之间的时间间隔对温度传感器进行动态校准，解决了时间常数重复性差的问题，扩宽了受原有时间常数定义限制的各种校准方法可测到的响应速度范围，使得每种校准方法的适用性更广，为温度传感器时间常数的新定义奠定了一定的基础。
发明内容
本发明目的是提出一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，利用两个温度激励温度传感器后得到的两个响应信号之间的时间间隔，提高了温度传感器动态校准技术可测到的响应速度范围。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明利用脉冲触发器产生一个脉冲信号A，触发温度传感器校准装置给被校传感器一个温度激励，利用温度传感器信号采集装置采集传感器第一个温度激励的响应信号a，间隔时间Δt以后脉冲触发器产生第二个脉冲信号B，触发温度传感器校准装置给被校温度传感器第二个温度激励，温度传感器产生第二个温度激励的响应信号b，利用温度传感器信号采集装置对响应信号b进行采集，此时统计温度传感器的两个响应信号a和b峰值之间的时间间隔并记为Δt′，获得脉冲触发器两次触发信号的时间间隔Δt和温度传感器的两次响应信号时间间隔Δt′的相对偏差k，将相对偏差k与临界相对偏差kc进行对比，从而对温度传感器的动态校准结果进行判断。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的基于双温度激励的校准方法可以适配于水浴/油浴、热风洞和激波管法等各种温度传感器动态校准设备，适配范围广。
(2)本发明所述的基于双温度激励的校准方法相比于传统的温度传感器校准方法通过两次温度激励的峰值时间间隔与脉冲触发器的时间间隔对比并判定，降低了整体测试方法的不确定度，提高了时间常数的精度。
(3)本发明校准方法操作方便，适合推广，不同时间常数的温度传感器通过调整脉冲信号发生器的时间间隔实现其时间常数的测量，方法适应性好。
(4)本发明将脉冲信号的时间间隔逐次减去时间步长s不断逼近温度传感器的真实时间常数，并建立了相对偏差k与临界相对偏差kc之间的数学模型，提高了时间常数校准的精度。
(5)本发明所述的基于双温度激励的校准方法可通过更高精度的脉冲触发器产生标准时间间隔，精度可达微秒级，甚至纳秒级，校准精度高。
附图说明
图1为温度传感器动态示意图。
图2为温度传感器动态校准流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1所示本发明中使用温度传感器、脉冲触发器、温度传感器校准装置和信号采集装置。利用脉冲触发器产生一个脉冲信号A，触发温度传感器校准装置给被校传感器一个温度激励，利用温度传感器信号采集装置采集传感器第一个温度激励的响应信号a，间隔时间Δt以后脉冲触发器产生第二个脉冲信号B，触发温度传感器校准装置给被校温度传感器第二个温度激励，温度传感器产生第二个温度激励的响应信号b，利用温度传感器信号采集装置对响应信号b进行采集，此时统计温度传感器的两个响应信号a和b峰值之间的时间间隔并记为Δt′，获得脉冲触发器两次触发信号的时间间隔Δt和温度传感器的两次响应信号时间间隔Δt′的相对偏差k，将相对偏差k与临界相对偏差kc进行对比，从而对温度传感器的动态校准结果进行判断。
所述的温度传感器校准装置为水浴/油浴法、热风洞法和激波管法等温度传感器动态校准设备。
所述的温度传感器信号采集装置为由采集卡、信号放大器和滤波电路组成的采集装置。
所述的信号采集装置包含对温度传感器温度信号的采集，监测被校准传感器的精度。
所述的温度传感器置入和移出测温环境的时间远小于脉冲触发器两次触发信号的时间间隔Δt。
所述的脉冲触发器触发时间精度至少高于温度传感器时间常数一个量级，从而保证时间常数校准的精度。
所述的温度传感器动态校准结果判断算法如下，见图2：
取Δt0作为脉冲脉冲触发器的初始标准时间间隔Δt，利用脉冲脉冲触发器触发温度传感器校准装置，根据信号采集装置的得到的时间间隔Δt′计算相对偏差k，将相对偏差k与临界偏差kc进行比较，若相对偏差k小于临界偏差kc，则以s作为步长，取Δt-s作为新的标准时间间隔，重复上述步骤对温度传感器进行校准，直到相对偏差k刚好大于或等于临界偏差kc，此时则取刚好大于或等于临界偏差kc的相对偏差k上一步中的标准时间间隔Δt为此温度传感器的时间常数τ。
所述的相对偏差k的计算方法如下：
Figure BDA0003094278670000041
实施例：见图1，首先将被校准温度传感器安装在温度传感器校准转置上，将温度传感器引线与信号采集装置连接，随后利用脉冲触发器产生一个脉冲信号A，触发温度传感器校准装置给被校传感器一个温度激励，利用温度传感器信号采集装置采集传感器第一个温度激励的响应信号a，间隔时间1s以后脉冲触发器产生第二个脉冲信号B，触发温度传感器校准装置给被校温度传感器第二个温度激励，温度传感器产生第二个温度激励的响应信号b，利用温度传感器信号采集装置对响应信号b进行采集，此时统计温度传感器的两个响应信号a和b峰值之间的时间间隔，为1.01s，由信号采集装置获得脉冲触发器两次触发信号的时间间隔和温度传感器的两次响应信号时间间隔的相对偏差k＝1％，将相对偏差k与临界相对偏差kc＝5％进行对比，发现相对偏差小于临界相对偏差，于是由信号采集装置将“此温度传感器还未达到临界响应速度”这个信息反馈给脉冲触发器，取步长s＝0.01s，将脉冲触发器产生时间间隔改为1-0.01＝0.99s，重复上述过程对温度传感器进行校准，当脉冲触发器产生的时间间隔为0.09s时，温度传感器两个信号之间的时间间隔为0.0945，此时相对偏差k＝5％，等于临界相对偏差，继续减小脉冲触发器产生的时间间隔，发现当脉冲触发器产生的时间间隔为0.08s时，温度传感器两个信号之间的时间间隔为0.0848，此时相对偏差k＝6％的，大于临界相对偏差，于是取上一步的脉冲触发器产生的时间间隔0.09s作为该被校准温度传感器的时间常数。

Claims (7)

1.一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：
利用脉冲触发器产生一个脉冲信号A，触发温度传感器校准装置给被校传感器一个温度激励，利用温度传感器信号采集装置采集传感器第一个温度激励的响应信号a，间隔时间Δt以后脉冲触发器产生第二个脉冲信号B，触发温度传感器校准装置给被校温度传感器第二个温度激励，温度传感器产生第二个温度激励的响应信号b，利用温度传感器信号采集装置对响应信号b进行采集，此时统计温度传感器的两个响应信号a和b峰值之间的时间间隔并记为Δt′，获得脉冲触发器两次触发信号的时间间隔Δt和温度传感器的两次响应信号时间间隔Δt′的相对偏差k，将相对偏差k与临界相对偏差kc进行对比，从而对温度传感器的动态校准结果进行判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的温度传感器校准装置利用水浴/油浴法、热风洞法和激波管法的温度传感器动态校准设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的温度传感器信号采集装置为由采集卡、信号放大器和滤波电路组成的采集装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的信号采集装置包含对温度传感器温度信号的采集，监测被校准传感器的精度。
5.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的温度传感器置入和移出测温环境的时间远小于脉冲触发器两次触发信号的时间间隔Δt。
6.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的脉冲触发器触发时间精度至少高于温度传感器时间常数一个量级，从而保证时间常数校准的精度。
7.根据权利要求1所述的一种基于双温度激励的温度传感器动态校准方法，其特征在于：所述的温度传感器动态校准结果判断算法如下：
取Δt0作为脉冲脉冲触发器的初始标准时间间隔Δt，利用脉冲脉冲触发器触发温度传感器校准装置，根据信号采集装置的得到的时间间隔Δt′计算相对偏差k，将相对偏差k与临界偏差kc进行比较，若相对偏差k小于临界偏差kc，则以s作为步长，取Δt-s作为新的标准时间间隔，重复上述步骤对温度传感器进行校准，直到相对偏差k刚好大于或等于临界偏差kc，此时则取刚好大于或等于临界偏差kc的相对偏差k上一步中的标准时间间隔Δt为此温度传感器的时间常数τ。
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