CN113639899B

CN113639899B - 酒精检测仪检定装置出口气体温度测量用快速温度计热响应时间常数测量及溯源方法

Info

Publication number: CN113639899B
Application number: CN202110797569.5A
Authority: CN
Inventors: 余善成; 施江焕; 刘沂玲; 秦树伟; 潘卫江
Original assignee: Justec Shenzhen Co ltd; Ningbo Institute Of Metrology And Testing Ningbo New Material Inspection And Testing Center; National Institute of Metrology
Current assignee: Justec Shenzhen Co ltd; Ningbo Institute Of Metrology And Testing Ningbo New Material Inspection And Testing Center; National Institute of Metrology
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2041-07-14
Also published as: CN113639899A

Abstract

本发明提供一种快速温度计的相对时间误差的测量方法及快速温度计的热响应时间常数的测量方法，所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头。所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值。所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上，进而根据吹气前、吹气中及吹气结束后的出气口温度值计算出热响应时间常数。本发明通过拍照对表法来对电脑上传数据的时间进行测量，从而准确得出快速温度计的相对时间误差，进而能够准确的测量出热响应时间常数，并实时测量出气口的温度，且方法操作简单。

Description

酒精检测仪检定装置出口气体温度测量用快速温度计热响应时间常数测量及溯源方法

技术领域

本发明涉及气体温度测量领域，尤其涉及酒精检测仪检定装置出口气体温度快速测量及所用快速温度计的热响应时间常数的测量方法。

背景技术

酒精检测仪是交警常用的执法工具，也是计量器具。根据我国计量法的要求，酒精检测仪必须定期进行计量检定，否则不能使用。计量检定需要在各级计量部门进行，为此国家计量标准《JJG 657-2019呼出气体酒精含量检测仪计量检定规程》对如何进行酒精检测仪的计量检定作了详细规定，检定时需要用到酒精标准气体及相应的检定装置。申请号为2017105631653的中国专利揭示了一种酒精检测仪检定装置。该装置出口气体温度必须要符合JJG 657-2019规定的34±0.5℃的要求。由于吹气测量时标准酒精气体流量在15L/分钟，吹气时间一般为5秒，因此，该流速下的酒精气体通过温度计探头时热交换时间很短，需要温度计的热响应时间足够小，否则吹气结束了温度计探头还没有到稳定的温度值。

温度测量时一般采用接触式温度传感器，由于温度传感器与被测物体之间存在温差，热量将在两者之间进行交换(主要通过热传导)，只有两者之间达到热平衡后，温度传感器测量得到的温度值才能准确地反应出被测物体的实际温度，但任何热交换达到热平衡均需要时间，因此，温度传感器的动态响应性能会影响测量的准确性。对于流体来说，由于进行热交换的介质时刻处于流动状态，与温度传感器接触的流体介质的热交换速率与流体的流速及性质有关。因此，其动态响应性能与一定的条件有关，目前一般采用热响应时间来表示温度传感器的动态响应性能。所谓热响应时间指的是被测流体的温度出现阶跃变化时，温度传感器的输出温度变化达到该温度阶跃量的某个百分数时所需要的时间，记为τ_x.x。达到温度阶跃量的10％、50％、90％所需要的时间分别记为τ_0.1，τ_0.5，τ_0.9。温度传感器对于阶跃变化的温度的响应可以用一阶跃函数来表示，此时，对于达到阶跃温度变化量的63.2％所需要的时间称为时间常数，记为τ。

动态响应性能较好的接触式温度传感器中最常用的是热电偶温度传感器。当热电偶从常温条件下置入到被测流体介质中时，热电偶的温度变化响应即为阶跃响应。由于热电偶存在热惯性，其阶跃响应可以当作一阶线性系统来处理，其响应过程可以用公式(1)来表示：

T-T₀＝(T_e-T₀)(1-l^-t/τ) (1)

其中，

T：热电偶的指示温度；

T₀：热电偶的初始温度；

T_e：热电偶的最终温度；

t：热电偶的热响应时间；

e：自然对数的底数；

τ：热电偶的时间常数。

特别地，当t＝τ时，T-T₀＝0.632(T_e-T₀)；

当t＝3τ时，T-T₀＝0.95(T_e-T₀)。

如图1所示，为热电偶时间常数的一阶函数示意图。

理论上来说，只要测量出初始温度T₀到达阶跃变化量的63.2％所需的时间即可以知道该热电偶的时间常数τ。

但实际应用中，热电偶的时间常数测量并不容易，尤其对于气体介质的时间常数测量更为困难。JJF1049-1995“温度传感器动态响应校准标准”、JBT 9238-1999“工业热电偶技术条件”及GBT 30429-2013“工业热电偶”等标准及规范中均有相关的测量方法的描述。

热电偶的热响应时间或时间常数与温度传感器的材料、形状、结构有关，也与被测流体的性质、流速及使用工况有关，因此，测量时必须规定这些影响因素。

现有技术中，一般将流体分为液体及气体两类进行分别测量，其中气体又按流速分为高速及低速两种测量方法。JJF1049-1995中将低于4.5m/s的气流称为低速气流，并推荐了一种测量方法(如图2及图3所示，为低速气流环境校准装置示意图)，但该方法缺少实用性，该低速气流环境校准装置由电动机10、风扇20、扩散器30、金属网筛40、可加热金属线栅50、温度计60、及夹紧装置70等主要构件组成，所述风扇20、扩散器30、金属网筛40、可加热金属线栅50、及温度计60由下往上依次设置，所述电动机10位于风扇20的一侧，所述夹紧装置70用于夹紧温度计60。其中的可加热金属线栅50对流过的气体加热时很难控制最终的加热温度，且在开始加热时流过温度传感器的气体温度达不到规定的最终温度，相当于产生的气体温度并不是阶跃变化，而是一个缓慢变化过程。例如，假设环境温度为25摄氏度，当开始对可加热金属线栅50通电加热时，流过该可加热金属线栅50的气体被加热，温度从25摄氏度缓慢上升，经过一段时间，例如2秒后温度达到34摄氏度，此时与温度传感器接触的气体的温度才算达到真正的阶跃温度，理论上要从该时刻起才开始计算响应时间，但由于前2秒内已经有加热了的气体接触温度传感器，因此，传感器温度响应曲线已经开始变化，通过该变化了的温度曲线计算出的响应时间与实际响应时间会有明显差别。同时，经过可加热金属线栅50加热的气体温度也很难控制到34摄氏度的最终温度，因此该方法无法在实际中应用。

其他标准或规程中也提到了热响应时间测量要求，但均没有提到采用什么样的装置来测量低速气体的热响应时间。其中GBT 30429-2013中在6.5.2检验方法一节中特别提到了“注：可以由制造者与用户商定采用其他试验方法，但所给数据必须注明试验条件”，这说明，测量热响应时间常数需要结合实际使用时的工况条件来确定方法。因此，有必要根据酒精检测仪检定装置的实际情况来测定快速温度计的热响应时间常数并对其进行溯源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速温度计的相对时间误差的测量方法，通过拍照对表法来对电脑上传数据的时间进行测量，从而准确得出快速温度计的相对时间误差。

本发明的目的还在于提供一种快速温度计的热响应时间常数的测量方法，能够准确的测量出热响应时间常数，并准确测量出气口的温度，且方法操作简单。

为了达到上述目的，本发明提供了一种快速温度计的相对时间误差的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、提供电脑、能够连续运行的数字时钟、快速照相机及快速温度计；

所述数字时钟的准确性能溯源到标准时间；

所述快速照相机的快门时间足够短，可拍摄快速变化的时间值；

所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接；所述温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口预设距离处，用于在吹气时测量吹气过程中的温度值；所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值；所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据按规定的时间间隔上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上，进而根据吹气前、吹气中及吹气结束后的出气口温度值计算出热响应时间常数；

步骤2、开始数据上传，电脑分析软件上显示实时数据上传的时间；

步骤3、启动数字时钟；

步骤4、把数字时钟及电脑分析软件上显示的时间进行拍照，并拍在同一张照片上，根据照片分别记录数字时钟的时间为t10，电脑分析软件的时间为t20；

步骤5、运行一段时间后，再把数字时钟及电脑分析软件上显示的时间进行拍照，并拍在同一张照片上，分别记录数字时钟的时间为t11，电脑分析软件的时间为t21；

步骤6、计算在运行的这段时间内，数字时钟运行的时间值T1＝t11-t10及电脑分析软件上传数据经历的时间值T2＝t21-t20，以及数字时钟与电脑分析软件的时间值的差值ΔT＝T2-T1；假设数字时钟本身的误差值为T00，则快速温度计测量过程中电脑分析软件上传温度数据的时间的总误差值为ΔT+T00，从而快速温度计的相对时间误差为(ΔT+T00)/T1。

所述步骤1中，所述数据接口为USB接口。

所述步骤1中，所述数字时钟为秒表，所述快速照相机的快门时间至少在1/500s以下。

所述秒表的型号为PC396，所述快速照相机为智能手机华为P30、小米11、苹果12或三星S21。

所述步骤5中，运行的时间为2min。

本发明还提供了一种快速温度计的热响应时间常数的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、提供快速温度计及电脑，所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接；

所述温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口预设距离处，用于在吹气时测量吹气过程中的温度值；所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值；所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据按规定的时间间隔上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上，进而根据吹气前、吹气中及吹气结束后的出气口温度值计算出热响应时间常数；

步骤S2、将快速温度计的温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口预设距离处，启动电脑的分析软件，开始吹气，经过一段时间后结束吹气；

步骤S3、分析软件根据温度探头上传的每次测量的温度与对应的时间的关系拟合得到温度探头的指示温度T与热响应时间t的函数曲线图像；

步骤S4、确定吹气过程中温度阶跃变化的起始点及结束点的坐标分别为A(t₀，T₀)、B(t_e，T_e)，则温度阶跃变化量为T_e-T₀，在温度T与热响应时间t的函数曲线图像中找出纵坐标为T＝T₀+0.632(T_e-T₀)所对应的横坐标的数值t＝t₁，则热响应时间常数的测量值τ’＝t₁-t₀。

还包括步骤S5、采用所述快速温度计的相对时间误差的测量方法测量出快速温度计的相对时间误差，从而热响应时间常数τ＝(t₁-t₀)(1-(ΔT+T00)/T1)。

所述步骤S1中，所述数据接口为USB接口。

所述步骤S1中，所述预设时间间隔为10ms，所述预设距离为1-5cm，所述快速温度计的温度探头采用热电偶。

所述步骤S2中，吹出的气体为34摄氏度的检定用酒精气体，吹气持续的时间为5s。

本发明的有益效果：本发明提供了一种快速温度计的相对时间误差的测量方法及快速温度计的热响应时间常数的测量方法。所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接。所述快速温度计具有较快的热响应时间常数，可以准确测量酒精检测仪检定装置出口气体温度。所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值。所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上，进而根据吹气前、吹气中及吹气结束后的出气口温度值计算出时间常数。本发明通过拍照对表法来对电脑上传数据的时间进行测量，从而准确得出快速温度计的相对时间误差。进而能够准确的测量出热响应时间常数，并实时测量出气口的温度，且方法操作简单。本发明通过测量出快速温度计的相对时间误差的值，来对时间常数的测量值进行修正，确保得出更加精确的时间常数的值。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1为热电偶的热响应时间常数的一阶函数示意图；

图2为现有技术中低速气流环境校准装置示意图；

图3为现有技术中低速气流环境校准装置的另一角度的示意图；

图4为本发明的快速温度计的电脑分析软件得出的指示温度T与热响应时间t的函数曲线图像；

图5为本发明的快速温度计的热响应时间常数的测量方法的流程图；

图6为本发明的快速温度计的相对时间误差的测量方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

本发明首先提供一种快速温度计，包括温度计本体及温度探头。所述温度计本体包括温度计屏幕、测量单元、控制单元及数据接口。所述温度计屏幕、测量单元均与控制单元电性连接，所述数据接口能够电性连接电脑。

可选地，所述数据接口为USB接口。

具体地，所述温度探头采用超小型热电偶温度传感器，具有较好的动态响应特性。工作时，热电偶温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口处，吹气时测量单元在控制单元的控制下按规定时间通过温度探头进行一次温度测量，并实时显示在温度计屏幕上，且能根据要求通过数据接口按一定的时间间隔上传测量结果到电脑上。

基于上述快速温度计，请参阅图4至图5，本发明提供一种快速温度计的热响应时间常数的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、提供快速温度计及电脑，所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接。

所述温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口预设距离处，用于在吹气时测量吹气过程中的温度值。所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值。所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据按规定的时间间隔上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上。

具体地，所述预设时间间隔为10ms(即快速温度计的温度探头每秒测量100次)，所述预设距离为1-5cm，所述温度值数据通过USB数据线上传到电脑的分析软件。所述快速温度计的温度探头采用热电偶。所述数据接口为USB接口。

步骤S2、将快速温度计的温度探头放置于距离检定装置或发生源装置的出气口预设距离处，启动电脑的分析软件，开始吹气，经过一段时间后结束吹气。

具体地，吹气持续的时间为5s。吹出的气体为34摄氏度的检定用酒精气体。

步骤S3、如图4所示，分析软件根据快速温度计的温度探头上传的每次测量的温度及对应的时间的关系拟合得到温度探头的指示温度T与热响应时间t的函数曲线图像。

需要说明的是，由于快速温度计的温度探头每隔一预设时间间隔就测量一次温度，以每隔10ms测量一次为例，则在5秒内可以测量500次，就可得到500个时间与温度的点，分析软件将这500个点连接成平滑的曲线，从而得到温度T与热响应时间t的函数曲线图像。

步骤S4、确定吹气过程中温度阶跃变化的起始点A(t₀，T₀)及结束点B(t_e，T_e)，则温度阶跃变化量为T_e-T₀，在温度T与热响应时间t的函数曲线图像中找出纵坐标为T＝T₀+0.632(T_e-T₀)所对应的横坐标的数值t＝t₁，则热响应时间常数的测量值τ’＝t₁-t₀。

具体地，所述起始点及结束点的位置通过手动设定。如图4所示，所述起始点为函数曲线的斜率首先开始突变的点，即，在分析软件显示的温度T与热响应时间t的函数曲线图像上，选取起始点前一小段的温度值点，计算该段温度值的平均值作为起始温度值T₀。而结束点则是函数曲线的斜率趋于不变(即与横轴平行)的点，即，选取温度值逐渐趋于稳定的一段温度值点，并计算该段温度值的平均值作为结束温度值T_e。

图4中，起始温度值T₀即阶跃前温度值为28.78℃，结束温度值T_e即阶跃后的温度值为32.49℃。得到此两个温度后分析软件可以自动计算得到时间常数的温度线为T＝31.12℃(起始温度值T₀与结束温度值T_e之差为阶跃温度量，将计算出的该阶跃温度量的63.2％，加上起始温度值T₀，则为T_0.632温度线，即28.78+0.632×(32.49-28.78)＝31.12℃)并画出对应的时间点t＝1050ms(即横坐标)，由于起始点很难分析软件自动确定，因此通过手动设定起始点为t₀＝730ms处，则分析软件自动计算出时间常数的测量值为320ms(即1050ms-730ms)。

在以上测量过程中，我们需要进行溯源分析。所谓溯源分析指的是以上测量过程中哪些量必须溯源到最高计量标准上并计算出不确定度。实际上，以上分析过程中我们涉及到两个量值，一个是温度量，一个是时间量。这里的温度量包括吹气起始点温度值、最终温度值及两者之间的温度差值。这三个温度都是动态温度测量，因此，溯源时既要溯源静态误差也要溯源动态误差。温度的静态误差的溯源有明确的方法，许多计量部门都可以进行，既可以出检定证书也可以出校准证书，而动态误差的溯源正是本发明需要解决的。

这里的时间量指的是快速温度计每个上传数据之间的时间间隔，以预设时间间隔为10ms为例，就需要验证10ms这个时间量是不是准确。在电脑分析软件上，我们计算时间常数是基于每个数据之间的时间间隔是10ms来确定的，因此，只要确定这个时间间隔10ms的误差值或不确定度，则我们可以知道计算得到的时间常数的误差值，例如，如果我们知道数据上传的时间间隔10ms的误差是1％，那么，如果测量得到的时间常数是320ms，则我们也可以认为其误差分析中的系统误差是1％，如果还可以估算出其他误差项(如分析软件手动设定起始点引起的误差等)，则我们就可以知道它的合成不确定度了。或者可以这么说，在时间常数τ_0.632测量的不确定分析中，数据上传时间间隔10ms的不确定度是最关键的因素。

但这个时间间隔量的溯源相对来说复杂一些，没有直接可以引用的检定规程或校准规范，比较接近的有秒表及时间继电器一类的产品的检定规程或校准规范。本发明中快速温度计10ms时间间隔是由内部时钟提供的，与之配合的电脑分析软件只是对上传的数据进行显示，可能会有延时但如果没有数据接收错误导致的数据增加或遗漏的话电脑分析软件不会影响两个数据点之间的时间间隔。JJG 237-2010秒表计量检定规程中规定了秒表的检定方法是：把秒表固定在夹具上，调整夹具上的撞击头与秒表启动(停止)按钮的间距，使秒表正常工作，当秒表检定仪的撞击头动作时，启动秒表工作，秒表检定仪开始计量，同时秒表也开始工作，当秒表检定仪工作到规定的时间，例如1小时时，撞击头又动作，停止秒表工作，这时秒表的计时值与秒表检定仪的计时值之间的差值即是走时误差。秒表检定规程要求秒表检定仪内晶体振荡器频率的准确度A小于等于5ⅹ10^-7，即准确度为0.5ppm，该误差要求下，相当于每天误差0.04秒，每年误差15.6秒。由于本发明中快速温度计没有可以与秒表检定仪夹具配合的按钮，而且，电脑分析软件也无法与秒表检定仪联动工作，因此，本发明无法通过秒表检定仪夹具来进行检定。

本发明的快速温度计实时测量结果上传到电脑分析软件后其每个数据之间的时间间隔是需要溯源的值，但该时间间隔T大约是10ms，电脑分析软件收到N个数据后即可以知道从开始接收到停止接收之间的时间为N*T，因此，分析软件上用“总时间”来表示。如图4所示，该次测量的总时间为4120ms，如果我们能够知道该次测量的真实时间值(即标准时间)，则我们就能知道快速温度计与标准时间的误差是多少了。为此，我们假定快速温度计每个数据之间的时间间隔是相等的，则我们可以在电脑分析软件上显示出数据上传的时间，即如果每有一个温度测量值上传到电脑则时间显示值增加10ms。在此过程中，电脑接收软件可能会有一定延时，下面我们估算一下可能的最大延时。根据目前的通讯协议，电脑分析软件以115200波特率上传数据(即每秒上传115200bit)，每个上传值由10bit组成，相当于每秒有11520个字节(byte)的数据上传到电脑，由于每个温度值由2个字节(byte)组成，因此，理论上每秒最多可以上传5760个温度测量值，这相当于两个温度测量值之间最大会相差0.2ms左右，也即最大延时为0.2ms，而目前我们只需要每隔10ms上传一次，因此，这个延时对于10ms的时间间隔可以忽略不计。电脑分析软件在显示上传的相对时间时也会一定延时，但由于电脑主频较高，有足够的时间处理数据，因此，该延时对于所有接收到的数据都是相等的，因此，该延时不会影响到对快速温度计的时间溯源。这样，我们可以认为，如果我们能够测量出快速温度计上传到电脑上的数据的总时间，则我们可以知道快速温度计每个温度值的时间间隔与标准时间的误差。由于电脑分析软件上启动及停止按键是触摸按键，因此无法与秒表检定仪上的撞击头直接联动，也就无法用秒表检定仪直接进行检定。

为此，本发明通过拍照的方式来对电脑上显示的上传数据的时间进行测量，称之为拍照对表法。即提供一种快速温度计的相对时间误差的测量方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤1、提供一个能够连续运行的数字时钟，其准确性能溯源到标准时间，达到与秒表检定仪相当的程度，显示单位为ms；一个快速照相机(例如智能手机)，其快门时间足够短，最好在1/500s以下，越短越好，可拍摄快速变化显示的时间值。例如当今主流的小米、华为、三星、及苹果等品牌的智能手机，进一步地，该快速照相机为华为P30、小米11、苹果12或三星S21等型号的智能手机。

步骤2、提供快速温度计及电脑，所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接。开始数据上传，电脑分析软件上显示根据实时数据上传的个数计算出的时间值，单位为ms。

可选地，所述数据接口为USB接口。

步骤3、启动数字时钟。

步骤4、在某时刻把数字时钟及电脑分析软件上显示的根据实时数据上传的个数计算出的时间值进行拍照，并拍在同一张照片上，根据照片上显示的时间值分别记录数字时钟的时间为t10，电脑分析软件的时间为t20。

步骤5、运行一段时间后，再把数字时钟及电脑分析软件上显示的根据实时数据上传的个数计算出的时间进行拍照，并拍在同一张照片上，分别记录数字时钟的时间为t11，电脑分析软件的时间为t21。

具体地，所述运行时间可以为2min。

步骤6、计算在运行的这段时间内，数字时钟运行的时间值T1＝t11-t10及电脑分析软件根据上传数据的个数计算出的时间值T2＝t21-t20，以及数字时钟与电脑分析软件的时间值的差值ΔT＝T2-T1。假设数字时钟本身的误差值为T00，则快速温度计测量过程中电脑分析软件上传温度数据的时间的总误差值为ΔT+T00，从而快速温度计的相对时间误差为(ΔT+T00)/T1。

可以理解，数字时钟作为标准时间，其本身的误差值一般可以忽略不计。如表1、表2所示，分别为本发明人以华为手机P30(快门时间1/4000s)作为快速照相机，秒表(型号PC396)作为数字时钟进行两次测量得到的快速温度计的相对时间误差测试数据(不考虑数字时钟本身的误差值的情况下)。

表1、第一次测试的快速温度计的相对时间误差

表2、第二次测试的快速温度计的相对时间误差

知道了快速温度计的相对时间误差后，就可以知道电脑分析软件计算得出的时间常数的误差。也就是说，上述本发明的快速温度计的热响应时间常数的测量方法还应该通过上述拍照对表法得出快速温度计的相对时间误差，再计算出时间常数τ＝(t₁-t₀)(1-(ΔT+T00)/T1)。

根据图4所示，快速温度计上传到电脑分析软件上的数据需要通过确定起始温度T₀线及最终温度T_e线才能知道时间常数τ_0.632，因此，在此过程中会引入分析误差，相当于是随机误差，而快速温度计上传数据时的时间间隔误差相当于是系统误差。因此，随机误差的大小只能通过具体事例来具体分析。通过实际测量我们知道，起始温度T₀线比较平坦，对其取平均值后显示的数据比较稳定可靠，而最终温度T_e线实际上很难达到真正的稳定，一般只能以理想的最终值的95％估计值来代替，因此，τ_0.632不可能是一个很精确的数据，由此确定的τ_0.632时间点也是一个估计值。相对应，起始时间点也并不十分精确。由于电脑分析软件很难自动识别起始时间点，因此，可以通过手动设定起始点的方法来得到起始时间点。在此过程中，会引入一些误差，但由于两个数据之间时间间隔为10ms，起始线又相对来说比较平坦，因此，在实践中，设定起始点不会产生很大的误差，或者说该误差一般也就两三个数据点(20-30ms)，这与时间常数至少在几百ms相比较而言还是可以接受的。

以上过程中没有考虑拍照对表引入的误差。拍照对表时，如果照相机的快门速度不够快，例如，快门设置为1/60秒，相当于每张照片拍下时要至少间隔16.6ms，在此其间，计时还在进行，相应地会产生误差，例如，计时开始时，数字时钟与电脑分析软件显示的时间之差最大可以为16.6ms，停止计时时最大的时间偏差也可以为16.6ms，也就是说，某次测量由于拍照对表法引起的最大时间误差可以为33.2ms，该误差分摊到总测量时间(例如2分钟)时引起的相对误差为33.2/120000，相当于产生0.027％的相对误差，而且测量的时间间隔越长或者照片机的快门时间越短(例如现在手机可以轻松达到1/2000秒)则该误差越小，这个相对误差对于快速温度计10ms的测量间隔来说可以忽略不计。

以上过程中也没有考虑电脑显示屏的刷新频率。电脑液晶显示屏的刷新频率与分辨率有关，范围在60Hz到100Hz之间，一般为75Hz，分辨率越高则刷新频率越低。当刷新频率低时，如果时间显示值变化很快，则显示将无法实时显示测量值，例如，如果要以10ms更新显示上传的数据，而显示屏刷新频率为75Hz的话，则每上传一个新的测量值到电脑上时并不能实时显示出来，原因是刷新频率跟不上数据上传速率。但即使如此，对时间常数的测量的影响并不大，可以每两个上传数据显示一次，这样相当于是20ms显示一个值，应该可以跟上刷新频率了。

综上所述，本发明提供了一种快速温度计的相对时间误差的测量方法及快速温度计的热响应时间常数的测量方法。所述快速温度计包括温度计本体及与该温度计本体电性连接的温度探头；所述温度计本体包括数据接口，该温度计本体通过该数据接口与电脑电性连接。所述快速温度计具有较快的热响应时间常数，可以准确测量酒精检测仪检定装置出口气体温度。所述温度探头每隔一预设时间间隔测量一次温度值。所述电脑上安装有分析软件，所述分析软件用于在启动后控制温度探头将其测量的温度值数据上传，并将接收到的温度值数据实时显示在电脑屏幕上，进而根据吹气前、吹气中及吹气结束后的出气口温度值计算出热响应时间常数。本发明通过拍照对表法来对电脑上传数据的时间进行测量，从而准确得出快速温度计的相对时间误差。进而能够准确的测量出热电偶的热响应时间常数，并实时测量出气口的温度，且方法操作简单。本发明通过测量出快速温度计的相对时间误差的值，来对热响应时间常数的测量值进行修正，确保得出更加精确的热响应时间常数的值。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种快速温度计的相对时间误差的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述数字时钟的准确性能溯源到标准时间；

步骤3、启动数字时钟；

2.如权利要求1所述的快速温度计的相对时间误差的测量方法，其特征在于，所述步骤1中，所述数据接口为USB接口。

3.如权利要求1所述的快速温度计的相对时间误差的测量方法，其特征在于，所述步骤1中，所述数字时钟为秒表，所述快速照相机的快门时间至少在1/500s以下。

4.如权利要求3所述的快速温度计的相对时间误差的测量方法，其特征在于，所述秒表的型号为PC396，所述快速照相机为智能手机华为P30、小米11、苹果12或三星S21。

5.如权利要求1所述的快速温度计的相对时间误差的测量方法，其特征在于，所述步骤5中，运行的时间为2min。

6.一种快速温度计的热响应时间常数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的快速温度计的热响应时间常数的测量方法，其特征在于，还包括步骤S5、采用如权利要求1所述的快速温度计的相对时间误差的测量方法测量出快速温度计的相对时间误差，从而热响应时间常数τ＝(t₁-t₀)(1-(ΔT+T00)/T1)。

8.如权利要求6所述的快速温度计的热响应时间常数的测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述数据接口为USB接口。

9.如权利要求6所述的快速温度计的热响应时间常数的测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预设时间间隔为10ms，所述预设距离为1-5cm，所述快速温度计的温度探头采用热电偶。

10.如权利要求6所述的快速温度计的热响应时间常数的测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，吹出的气体为34摄氏度的检定用酒精气体，吹气持续的时间为5s。