CN113884221A - 一种自校准温度的温度计组件以及自校准温度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自校准温度的温度计组件，包括内置自校准温度算法的电子温度计以及底座，其中所述电子温度计内置有温度传感器，所述底座内置有用于控制底座温度的加热片，所述加热片一侧设有温度测量单元，所述温度测量单元用于检测加热片的基准温度，所述底座内设有搁置槽，所述电子温度计放置于所述搁置槽内且所述电子温度计中的温度传感器测量所述加热片的温度获取第一测量温度；所述电子温度计与所述底座通过通讯连接以获取所述基准温度，所述电子温度计基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度；本发明使得温度计可以进行自动校准，保证温度计长时间使用后的测量精度。

Description

一种自校准温度的温度计组件以及自校准温度方法

技术领域

本发明涉及电子温度计技术领域，尤其是涉及一种自校准温度的温度计组件以及自校准温度方法。

背景技术

电子温度计作为当前生活中常用的测量人体温度的工具，在长时间使用后由于电子温度计内部电路元器件老化等客观原因，会导致电子温度计测量精度的下降，而一旦电子温度计的精度出现下降，这个下降的过程是不可逆的，使用者难以对电子温度计的测量精度进行校正，进而影响电子温度计的使用。

现有的电子温度计在不使用时一般将其插接至电子温度计底座中进行固定放置，但目前的温度计底座通常只有放置温度计这单一的功能，无法对电子温度计进行测量精度的校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种进行测量精度的自动校准，保证温度计长时间使用后的测量精度的自校准温度的温度计组件以及自校准温度方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自校准温度的温度计组件，包括内置自校准温度算法的电子温度计以及底座，其中所述电子温度计内置有温度传感器，所述底座内置有用于控制底座温度的加热片，所述加热片一侧设有温度测量单元，所述温度测量单元用于检测加热片的基准温度，所述底座内设有搁置槽，所述电子温度计放置于所述搁置槽内且所述电子温度计中的温度传感器测量所述加热片的温度获取第一测量温度；所述电子温度计与所述底座通过通讯连接以获取所述基准温度，所述电子温度计基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

进一步的，所述加热片预设有至少一校准基准温度，当温度测量单元检测到加热片的所述基准温度处于所述校准基准温度时，温度测量单元将检测到的所述校准基准温度传输至电子温度计中的测温芯片，且所述温度传感器同步检测加热片的所述第一测量温度。

进一步的，“所述电子温度计基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数”包括步骤：所述电子温度计获得对应所述第一测量温度的电压值并反馈至所述测温芯片，所述测温芯片将所述基准温度以及所述第一测量温度对应的电压值代入校准公式获得校准系数，所述校准公式为：

s＝(V(Tobj＝Tcal)/((37+273.15)⁴-(tamb+273.15)⁴))/((5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))；

其中，s为校准系数，V(Tobj＝Tcal)为电压值，tamb为环境温度。

进一步的，“依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度”包括步骤：所述测温芯片内存储有测温公式，当所述测温芯片获得校准系数后，将校准系数代入测温公式中获得温度传感器对人体的测量温度，所述测温公式为：

Tobj＝(V/(s*(5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))+(tamb+273.15)⁴)^0.25-273.15；

其中，Tobj为人体的测量温度，V为温度传感器检测时获得的电压值，s为校准系数，tamb为环境温度。

进一步的，当所述加热片预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

进一步的，所述电子温度计端部设有温度传感器探头，所述温度传感器探头与所述温度传感器相连，当电子温度计放置于搁置槽内时，所述温度传感器探头朝向加热片设置。

进一步的，当电子温度计放置于搁置槽内时，所述搁置槽与电子温度计之间形成相对密封的空间，此时所述温度传感器探头处于所述相对密封的空间内。

本发明还公开了一种使用所述自校准温度的温度计组件的自校准温度方法，包括以下步骤：

将电子温度计放置于所述底座的搁置槽内；

加热所述加热片的温度，当所述加热片的温度升温至基准温度时，将所述基准温度传输至电子温度计，并触发所述电子温度计测量所述加热片获取第一测量温度；

所述电子温度计基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

进一步的，所述加热片预设有至少一校准基准温度，当温度测量单元检测到加热片的所述基准温度处于所述校准基准温度时，触发所述电子温度计测量所述加热片获取第一测量温度。

进一步的，当所述加热片预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

本发明在长时间使用电子温度计后，电子温度计的测量精度会受到影响，本方案通过控制底座中的加热片进行升温，并通过温度测量单元对加热片进行实时的测温，当温度测量单元检测到加热片升温至指定温度后，加热片停止升温，同时温度测量单元将检测到的基准温度传输至电子温度计内，此时通过电子温度计中的温度传感器同步对准底座中的加热片进行检测，使得温度传感器获得对应的电压值，随后将加热片温度测量单元检测到的基准温度以及温度传感器获得的电压值进行比较并校准，使得温度计放置在底座上时，可以进行自行的校准，保证温度计长时间使用后的测量精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的系统流程示意图。

附图标记：1、电子温度计；2、底座；3、温度传感器探头；4、温度测量单元；5、控制系统线路板；6、供电接口；7、无线供电线圈；8、有线供电正极触点；9、有线通讯串口发送触点；10、有线通讯串口接收触点；11、有线供电负极触点；12、加热片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1-2所述，本发明提供了一种自校准温度的温度计组件，包括内置自校准温度算法的电子温度计1以及底座2，其中所述电子温度计1内置有温度传感器，所述底座2内置有用于控制底座2温度的加热片12，所述加热片12一侧设有温度测量单元4，所述温度测量单元4用于检测加热片12的基准温度，所述底座2内设有搁置槽，所述电子温度计1放置于所述搁置槽内且所述电子温度计1中的温度传感器测量所述加热片12的温度获取第一测量温度；所述电子温度计1与所述底座2通过通讯连接以获取所述基准温度，所述电子温度计1基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

在长时间使用电子温度计后，电子温度计的测量精度会受到影响，本方案通过控制底座中的加热片进行升温，并通过温度测量单元对加热片进行实时的测温，当温度测量单元检测到加热片升温至指定温度后，加热片停止升温，同时温度测量单元将检测到的基准温度传输至电子温度计内，此时通过电子温度计中的温度传感器同步对准底座中的加热片进行检测，使得温度传感器获得对应的电压值，随后将加热片温度测量单元检测到的基准温度以及温度传感器获得的电压值进行比较并校准，使得温度计放置在底座上时，可以进行自行的校准，保证温度计长时间使用后的测量精度。

在本方案中，所述电子温度计1通过内置温度传感器以实现对外界环境的测温，在一些特定实施例中，所述温度传感器采用热电堆红外传感器。

值得一提的是，所述加热片12预设有至少一校准基准温度，当所述加热片12在加热过程中，当温度测量单元4检测到加热片12的所述基准温度处于所述校准基准温度时，温度测量单元4将检测到的所述校准基准温度传输至电子温度计1中的测温芯片，且所述温度传感器同步检测加热片12的所述第一测量温度。

具体的，所述测量温度单元4实时测量所述加热片12的基准温度直到所述加热片12的基准温度达到所述校准基准温度，则停止加热所述加热片12，所述校准基准温度发送给所述电子温度计1以进行后续的温度自校准。

在本方案中，为了提高自校准的精度，本方案中加热片12预设有多个依次升温的校准基准温度，当温度测量单元检测到加热片的温度处于所述校准基准温度时，温度测量单元将检测到的校准基准温度传输至电子温度计中的测温芯片，且所述温度传感器同步检测加热片的温度获得对应的电压值，并将加热片的温度对应的电压值传输至测温芯片中，所述测温芯片转换此时的电压值得到第一测量温度，所述测温芯片通过温度测量单元检测得到的所述校准基准温度以及加热片的温度对应的电压值获得校准系数。

具体的，当温度测量单元检测到加热片升温至校准基准温度时，加热片暂停继续升温，同时测温芯片接收到温度测量单元检测到的校准基准温度以及温度传感器检测到的加热片的温度对应的电压值，并通过这两个数值获得校准系数，随后继续升温加热片，使得加热片依次升温至多个校准温度点，并在各个校准温度点计算校准系数，使得校准系数不断完善精确，进而保证加热片在经过校准温度点后能够提高温度计的测量精度。

也就是说，对应加热片的每一校准基准温度对应生成一预备校准系数。

优选的，当所述加热片12预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计1基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

在本方案中，“所述电子温度计1基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数”包括步骤：所述电子温度计1获得对应所述第一测量温度的电压值并反馈至所述测温芯片，所述测温芯片将所述基准温度以及所述第一测量温度对应的电压值代入校准公式获得校准系数，所述校准公式为：

s＝(V(Tobj＝Tcal)/((37+273.15)⁴-(tamb+273.15)⁴))/((5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))；

其中，s为校准系数，V(Tobj＝Tcal)为电压值，tamb为环境温度。

“依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度”包括步骤：所述测温芯片内存储有测温公式，当所述测温芯片获得校准系数后，将校准系数代入测温公式中获得温度传感器对人体的测量温度，所述测温公式为：

Tobj＝(V/(s*(5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))+(tamb+273.15)⁴)^0.25-273.15；

其中，Tobj为人体的测量温度，V为温度传感器检测时获得的电压值，s为校准系数，tamb为环境温度。

值得一提的是，tamb的获取方法如下：

Tamb是利用温度传感器在同一室温环境下测量两次物体温度(本方案中为加热片)计算所得，其原理如下，

对加热片进行温度点1(T1)测试校准，测得电压值V1；

然后在加热片处进行温度点2(T2)测试校准，测得电压值V2；

因为本方案中的温度传感器优选为热电堆红外传感器，而热电堆红外传感器的物体特性满足如下公式：

V1＝K*(T1⁴-tamb⁴)；

V2＝K*(T2⁴-tamb⁴)；

根据上述两个公式即可推导出tamb，即：

K＝(V1-V2)/(T1^4-T2⁴)；

在本方案的一实施例中，当对应加热片的每一校准基准温度对应生成一预备校准系数，总共获得多个预备校准系数，将多个预备校准系数求取平均值，以获取最终的校准系数，并将最终的校准系数代入至测温公式中进行自校准温度。

在本方案的另一实施例中，当对应加热片的每一校准基准温度对应生成一预备校准系数，在每次生成预备校准系数时，均将该预备校准系数代入至测温公式中，随后在新的预备校准系数产生后，利用新的预备校准系数对校准公式进行检测，即将新的预备校准基准温度以及新的第一测量温度对应的电压值代入校准公式中获得校准系数，通过该校准系数与新的预备校准系数对比检测是否准确，若不准确，即选择新的预备校准系数代入测温公式中进行使用。

在本方案中，电子温度计内还安装有内部存储器，所述内部存储器与测温芯片相连，校准公式、测温公式以及校准系数等均存储与内部存储器中。

优选的，所述底座2内设有控制单元，用于控制加热片12进行升温。

具体的，控制单元为底座内的嵌入式芯片，通过控制单元控制温度测量单元对加热片进行实时检测，同时也通过控制单元内部数模转换电路DAC采用快速PID控制算法控制加热片进行升温至设定的校准温度点。

在本方案中，嵌入式芯片采用基准电压，内置有晶体振荡器，并且通过DC直流供电，在嵌入式芯片内含有加热片PID温度控制系统、无线充电控制系统，有线串口COM、蓝牙BLE、WIFI交互协议等。

优选的，所述通讯连接包括有线通讯以及无线通讯，所述底座2内设有BLE控制单元，用于控制底座2与电子温度计1蓝牙连接的启闭状态，所述电子温度计1上设有有线通讯串口发送触点9以及有线通讯串口接收触点10，用于控制电子温度计1与底座2有线通讯的发送以及接收数据。

在本方案中，当需要在底座以及电子温度计之间进行有线数据传输时，通过有线通讯串口发送触点以及有线通讯串口接收触点来保证电子温度计与底座之间的数据发送以及接收过程，同时当需要在底座以及电子温度计之间进行无线数据传输时，启动底座内部的BLE控制单元，使得电子温度计与底座之间进行蓝牙配对，在蓝牙配对完成后，即可通过蓝牙连接对电子温度计以及底座的数据进行无线传输。

优选的，所述底座2内还设有无线网络控制单元，所述无线网络控制单元将人体的测量温度传输至固定端设备或移动端设备。

在本方案中，当电子温度计对人体温度进行测量后，电子温度计将检测到的人体温度数据传输至底座中，随后底座通过无线网络控制单元将该人体温度数据传输至固定端设备或移动端设备中，实现远距离数据交互，同时在本方案的实施例中，固定端设备为远端服务器，移动端设备为手机，以实现线上实时观察人体温度数据，进行统一汇总以及健康监测的目的。

由于本方案的电子温度计1是根据第一测量温度和加热片12的基准温度进行自校准的，故为了保证电子温度计1测量得到的第一测量温度是准确的，本方案中所述电子温度计1端部设有温度传感器探头3，所述温度传感器探头3与所述温度传感器相连，当电子温度计1放置于搁置槽内时，所述温度传感器探头3朝向加热片12设置。

并且，当电子温度计1放置于搁置槽内时，所述搁置槽与电子温度计1之间形成相对密封的空间，此时所述温度传感器探头3处于所述相对密封的空间内。

具体的，在电子温度计放置在搁置槽内后，温度传感器探头靠近并对准加热片，使得在对电子温度计进行校准时，温度传感器探头可以精确的检测到加热片温度对应的电压值，保证校准过程后电子温度计的测量精度。

优选的，所述温度测量单元4为高精度测温铂电阻PT100传感器。

优选的，所述底座2内还设有无线供电线圈7，用于对电子温度计1无线充电，所述电子温度计1上设有有线供电正极触点8以及有线供电负极触点11，用于连接电子温度计1与底座2的有线供电。

具体的，电子温度计中安装有可充电电池，在对可充电电池进行无线充电时，启动无线供电线圈对可充电电池进行无线充电，在需要对可充电电池进行有线充电时，通过电子温度计上的有线供电正极触点以及有线供电负极触点，形成充电回路，使得可充电电池进行有线充电，保证电子温度计可以长久进行使用，并且不使用干电池有效的保护了环境。

在本方案中，底座上设置有与控制单元相连的LCD显示、按键单元，LCD显示用于显示电子温度计剩余电量、时间等，按键单元用于控制加热片的升温、对电子温度计的校准等。

所述底座内设有控制系统线路板5，用于将底座2内的各个电路元器件相互连接起来，同时在底座的一侧还开设有供电接口6，用于对底座2进行供电，保证电子温度计1可以进行充电，以及对电子温度计1进行测量校准。

本发明还提供一种使用自校准温度的温度计组件的自校准方法，包括以下步骤：

将电子温度计1放置于所述底座2的搁置槽内；

加热所述加热片12的温度，当所述加热片12的温度升温至基准温度时，将所述基准温度传输至电子温度计1，并触发所述电子温度计1测量所述加热片12获取第一测量温度；

所述电子温度计1基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

所述加热片12预设有至少一校准基准温度，当温度测量单元4检测到加热片12的所述基准温度处于所述校准基准温度时，触发所述电子温度计1测量所述加热片12获取第一测量温度。

当所述加热片12预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计1基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

根据上述技术方案，本发明还提供一种具体的实施过程步骤：

1、对底座中温度测量单元进行出厂校准：在温度计底座生产并出厂时，将底座中的温度测量单元安置在标准恒温水槽中采集标准温度数据，同时底座内部的控制单元通过检测到的标准温度数据对温度测量单元进行校准。

2、温度测量单元的安装：将校准完成后的温度测量单元贴合安装在加热片一侧。

3、设定校准温度点：在控制单元中设定加热片对应的多个校准温度点，在本方案中，设定三个校准温度点，分别为35℃，37℃，39℃。

4、底座检测是否校准温度计：在底座以及温度计利用无线蓝牙配对或有线串口连接后，底座检测到温度计正确放置在底座上，随后底座检测温度计的运行时长以及测温精确度来判断是否需要对温度计进行重新校准；

其中，底座通过有线串口收发脚的电平识别到温度计是否正常插入到底座中，来判断温度计是否正确放置在底座上；

同时在判断温度计是否进行重新校准前进行预校准动作，首先加热片升温至37℃并将加热片温度传输至温度计中的测温芯片，随后温度传感器检测到加热片温度对应的电压值，并通过温度计中已存储的测温公式进行计算获得检测温度数据，此时通过计算获得的检测温度数据和加热片温度进行对比，并根据两者之间的偏差值来判断温度计的测温精确度是否已经不准确了。

5、对温度计进行校准：底座中加热片依次升温达到35℃、37℃、39℃，在到达这三个校准温度点时，底座将温度值发送给温度计，温度计收到温度值时即刻记录下自身温度传感器采集到的电压值。在完成3个温度点的标记后，温度计重新对温度计算公式所需的参数进行重新计算并保存至内部存储器。

6、底座检测温度计是否进行无线充电：底座检测到温度计正确放置后，通过蓝牙或有线串口连接与之数据交互，采集温度计内部电池电量，当温度计电量低于10％时即刻开启无线充电功能。

7、底座检测温度计是否进行健康监控：底座检测到温度计正确放置后，通过蓝牙或有线串口连接与之数据交互采集温度计内部所存储的被测者身体温度值，底座将收集到的温度值上传至远端服务器或局域网内手机app。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自校准温度的温度计组件，其特征在于：包括内置自校准温度算法的电子温度计(1)以及底座(2)，其中所述电子温度计(1)内置有温度传感器，所述底座(2)内置有用于控制底座(2)温度的加热片(12)，所述加热片(12)一侧设有温度测量单元(4)，所述温度测量单元(4)用于检测加热片(12)的基准温度，所述底座(2)内设有搁置槽，所述电子温度计(1)放置于所述搁置槽内且所述电子温度计(1)中的温度传感器测量所述加热片(12)的温度获取第一测量温度；所述电子温度计(1)与所述底座(2)通过通讯连接以获取所述基准温度，所述电子温度计(1)基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

2.根据权利要求1所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：所述加热片(12)预设有至少一校准基准温度，当温度测量单元(4)检测到加热片(12)的所述基准温度处于所述校准基准温度时，温度测量单元(4)将检测到的所述校准基准温度传输至电子温度计(1)中的测温芯片，且所述温度传感器同步检测加热片(12)的所述第一测量温度。

3.根据权利要求1所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：“所述电子温度计(1)基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数”包括步骤：所述电子温度计(1)获得对应所述第一测量温度的电压值并反馈至所述测温芯片，所述测温芯片将所述基准温度以及所述第一测量温度对应的电压值代入校准公式获得校准系数，所述校准公式为：

s＝(V(Tobj＝Tcal)/((37+273.15)⁴-(tamb+273.15)⁴))/((5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))；其中，s为校准系数，V(Tobj＝Tcal)为电压值，tamb为环境温度。

4.根据权利要求1所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：“依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度”包括步骤：所述测温芯片内存储有测温公式，当所述测温芯片获得校准系数后，将校准系数代入测温公式中获得温度传感器对人体的测量温度，所述测温公式为：

Tobj＝(V/(s*(5e-10)*(1+(2e-3)*tamb))+(tamb+273.15)⁴)^0.25-273.15；

其中，Tobj为人体的测量温度，V为温度传感器检测时获得的电压值，s为校准系数，tamb为环境温度。

5.根据权利要求2所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：当所述加热片(12)预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计(1)基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

6.根据权利要求1所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：所述电子温度计(1)端部设有温度传感器探头(3)，所述温度传感器探头(3)与所述温度传感器相连，当电子温度计(1)放置于搁置槽内时，所述温度传感器探头(3)朝向加热片(12)设置。

7.根据权利要求6所述的自校准温度的温度计组件，其特征在于：当电子温度计(1)放置于搁置槽内时，所述搁置槽与电子温度计(1)之间形成相对密封的空间，此时所述温度传感器探头(3)处于所述相对密封的空间内。

8.一种使用权利要求1-7任一项所述自校准温度的温度计组件的自校准温度方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电子温度计(1)放置于所述底座(2)的搁置槽内；

加热所述加热片(12)的温度，当所述加热片(12)的温度升温至基准温度时，将所述基准温度传输至电子温度计(1)，并触发所述电子温度计(1)测量所述加热片(12)获取第一测量温度；

所述电子温度计(1)基于所述基准温度以及所述第一测量温度获取校准系数，依据所述校准系数校准测温公式实现自校准测量精度。

9.根据权利要求8所述的自校准温度方法，其特征在于：所述加热片(12)预设有至少一校准基准温度，当温度测量单元(4)检测到加热片(12)的所述基准温度处于所述校准基准温度时，触发所述电子温度计(1)测量所述加热片(12)获取第一测量温度。

10.根据权利要求9所述的自校准温度方法，其特征在于：当所述加热片(12)预设有至少两依次升温的校准基准温度时，所述电子温度计(1)基于每一所述校准基准温度获取对应的预备校准系数，所有所述预备校准系数取均值后得到所述校准系数。

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