CN116773030A - 一种红外测温设备标定方法、红外测温方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外测温设备标定方法，红外测温设备包括热电堆和热敏电阻，该方法包括：设置标定环境温度、目标物体的第一标定温度和第二标定温度；基于第一标定温度获得热电堆的第一测量电压，基于第二目标标定温度获取热电堆的第二测量电压；基于第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆的灵敏度系数；基于热电堆的灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度；基于实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值。本方案能够提高红外测温设备参数标定的准确性，从而提高红外温度测量的准确性。

Description

一种红外测温设备标定方法、红外测温方法和系统

技术领域

本发明涉及红外测温技术领域，具体涉及一种红外测温设备标定方法、红外测温方法和系统。

背景技术

利用热电效应原理可以制作热电偶器件，若干热电偶串联就可以制造出热电堆传感器。红外测温就是利用热电堆传感器感应物体表面的温度差，将温度差转换为电压，从而获得物体表面温度。

红外测温设备内部包含两个传感器件，一个是热敏电阻，用来测量当前环境温度，一个是热电堆，用来测量目标温度。由于不同的热敏电阻和热电堆的常数参数是不一样的，在设备生产时需要对每个产品进行标定。

现有的设备参数标定方法是确保设备温度和环境温度一致的情况下，依次测量两个黑体，计算出设备对应的参数值。这种标定方法需要在恒温房进行标定，但是由于恒温房控制设备的误差或者人员操作误差，会导致实际温度与设定温度出现差异，且由于产品本身放置的位置和时长，产品本身温度与环境温度也有误差，最终导致产品测量误差。而当标定时环境温度出现偏差时，目标物体的温度测量结果会存在较大的误差。

发明内容

鉴于上述问题，本方案提出了一种红外测温设备标定方法、红外测温方法和系统，能够根据标定过程中的实际测量值计算恒温房实际环境温度，通过算法减小这种环境温度偏差引起的测量误差，从而提高红外测温的准确性。

根据本发明的第一方面，提供一种红外测温设备标定方法，红外测温设备包括热敏电阻和热电堆，首先，设置标定环境温度、目标物体的第一标定温度和第二标定温度。

然后，基于第一标定温度获得热电堆的第一测量电压，基于第二标定温度获得热电堆的第二测量电压；并基于第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆的灵敏度系数。

接着基于灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度；最后，基于实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值。

上述标定方法根据标定过程中热敏电阻测量值和热电堆电压测量值推算恒温房的实际环境温度，再根据实际环境温度对热敏电阻的零功率电阻值进行标定。本方案能够减小环境温度偏差对产品标定的影响。

可选地，在上述标定方法中，可以通过下述公式计算热电堆的灵敏度系数K：

T_t2为第二标定温度，T_t1为第一标定温度，为第一测量电压，/>为第二测量电压。

可选地，在上述标定方法中，可以通过下述公式计算实际环境温度T_r：

或者

可选地，在上述标定方法中，通过下述公式计算热敏电阻的零功率电阻值R₂₅：

其中，R_T为热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数，T_r为实际环境温度，T_a为标定环境温度，T_a＝25。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于红外测温设备的红外测温方法，包括：基于红外测温设备的热敏电阻测量值、热敏电阻常数、如上的标定方法得到的热敏电阻的零功率电阻值计算当前环境温度值；

基于热电堆的输出电压值、如上的标定方法得到的热电堆灵敏度系数值和当前环境温度值计算得到目标物体温度值。

可选地，在上述红外测温方法中，通过下述公式计算当前环境温度值T_at：

其中，R_T为当前热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数。

可选地，在上述红外测温方法中，可以通过下述公式计算目标物体温度值T_t：

其中，Vout为输出电压值，K为标定的热电堆灵敏度系数值，T_at为当前环境温度。根据本发明的第三方面，提供了一种红外测温系统，包括：标定模块、测量模块和计算模块。

其中，标定模块可以根据如上的标定方法对热电堆的灵敏度系数和热敏电阻的零功率电阻值进行标定。

测量模块可以测量热敏电阻值和热电堆的输出电压值。计算模块可以基于测量模块得到的热敏电阻值、热敏电阻常数、标定模块标定的热敏电阻的零功率电阻值计算得到当前环境温度值，基于当前环境温度值、标定模块标定的灵敏度系数以及测量模块测量得到的输出电压值，计算目标物体温度值。

根据本发明的方案，通过在标定过程中热敏电阻的测量值和热电堆的电压测量值根据公式推算出实际环境温度，在根据标定时的实际环境温度计算出对应的热敏电阻零功率电阻值，使得产品标注结果不受标定时环境温度偏差的影响，从而在产品对目标物体进行温度测量时减少测量误差。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的红外测温设备标定方法100的流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的红外测温系统200的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在红外测温设备的生产中，经常要使用黑体作为测温的目标物。其中，黑体是一种理想化的物体，能够吸收外来的全部电磁辐射，并不会有任何的反射和透射。也就是说，黑体对于任何波长的电磁波吸收系数为1，透射系数为0。在测量时，通常将黑体放置在恒温水槽中，调整恒温水槽的温度就可以改变黑体温度。

现有的红外测温设备通过红外测温传感器获取目标物体温度，红外测温传感器包括用于测量当前环境温度的热敏电阻和用于测量目标物体温度的热电堆。其中热敏电阻阻值R_T和环境温度T_a的关系式为:

其中R₂₅和B值是热敏电阻的常数，测量出R_T的值，就可以计算出当前的环境温度T_a。

热电堆的输出电压Vout、环境温度T_a和目标温度T_t的关系式为：

Vout＝K*[(T_t+273.15)⁴-(T_a+273.15)⁴]

其中K是热电堆灵敏度系数，T_a已经通过测量热敏电阻阻值R_T计算出来，再测量出Vout的值，就可以计算出当前目标温度T_t的值。但实际上由于每个传感器的R₂₅和K的值都是不一样的，所以通过上述公式计算的目标物体温度有一定的偏差，所以在生产时需要对每个产品进行标定操作，计算出每一个产品对应的R₂₅和K。

在对产品进行标定时，需要提供一个温度恒定的恒温房，一般设置温度为25摄氏度，同时需要两个恒温水槽和其中的黑体作为温度测量目标物。恒温水槽的温度一般设置为37摄氏度和42摄氏度。在设备温度和环境温度一致的情况下，依次测量两个黑体，由于环境温度和目标物体温度已知，根据上述计算公式可以计算出当前设备对应的R₂₅和K值。

现有的标定方法需要在恒温房中进行，由于恒温房控制设备的误差或者操作人员造成的测量误差，会导致实际温度与设定温度出现差异，影响产品参数标定的准确性。并且随着产品本身在恒温房放置的时长增加，或造成产品本身温度和环境温度之间存在误差，也会导致产品测量的误差。

为了减小产品测量误差，本方案提供了一种红外测温设备标定方法、红外测温方法和系统，在对产品标定时，根据标定过程中的热电堆电压测量值计算出标定时的实际环境温度值，再根据实际环境温度值确定热敏电阻的参数，从而提高产品标定的准确性。在进行红外测温时，从而减小目标物体温度测量的误差。

红外测温设备主要由光学系统、光电探测器、信号放大器和处理器、显示部分组成，能够将红外辐射能量转换为电信号输出。红外测温设备可以与计算机建立通信连接，以便对测量数据进行统计分析。红外测温仪在出厂前必须经过标定才能正确地显示出被测目标的温度。

图1示出了根据本发明一个实施例的红外测温设备标定方法100的流程示意图。如图1所示，该方法100始于步骤S110，设置标定环境温度、目标物体的第一标定温度和第二标定温度。

在对红外测温设备进行标定时，通常需要提供一个环境温度稳定的恒温房，恒温房的温度一般设定在标定环境温度(25摄氏度)，保持环境温度稳定，对于环境温度的偏差可以允许在正负1摄氏度范围内。此外，还需要两个恒温水槽，将黑体放置于恒温水槽中作为温度测量目标物，恒温水槽的温度可以设置为第一标定温度(37摄氏度)和第二标定温度(42摄氏度)。本发明实施例中的温度标定仅是示例性的，可以根据红外测温设备应用场景和适用范围调整温度的标定值。

随后执行步骤S120，基于第一标定温度获得热电堆的第一测量电压，基于第二标定温度获得热电堆的第二测量电压。

热电堆由多个热电偶组成，当各个热电偶测温端温度上升时，热电偶之间产生热电动势，在输出端就可以获得电压之和作为最终的测量电压。

在本发明的一个实施例中，第一次测量时目标黑体温度为37度，热电堆测量电压为热电堆测量值为MV_(37,Tr)，第二次测量时目标黑体温度为42度，热电堆测量电压为热电堆测量值为MV_(42,Tr)，T_r为恒温房实际环境温度。

接着执行步骤S130，基于第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆的灵敏度系数。

根据热电堆的输出电压Vout、环境温度T_a和目标物体温度T_t的关系式：

Vout＝K*[(T_t+273.15)⁴-(T_a+273.15)⁴]

可以得出下面两个等式：

MV_(Tt1,Tr)＝K*[(T_t1+273.15)⁴-(T_r+273.15)⁴]

MV_(Tt2,Tr)＝K*[(T_t2+273.15)⁴-(T_r+273.15)⁴]

其中K是热电堆灵敏度系数，T_r为恒温房实际环境温度，T_t2为第二标定温度，T_t1为第一标定温度，MV_(Tt1,Tr)为第一测量电压，MV_(Tt2,Tr)为第二测量电压。通过解上述方程可以先计算出热电堆灵敏度系数K：

随后执行步骤S140，基于热电堆灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度。

也就是，将计算得到的热电堆灵敏度系数K带入上述任意一个等式中计算出标定时的实际环境温度T_r，即：

或者计算出实际环境温度后，就可以执行步骤S150，基于实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值。

由于热敏电阻的阻值随温度变化而变化，R₂₅指的是室温25摄氏度时热敏电阻的零功率电阻值。由于标定过程中实际环境温度可能发生了变化，所以对应的R₂₅也会随之变化。

根据热敏电阻阻值R_T和环境温度T_r的关系式：

测量出热敏电阻值R_T，将计算出的实际环境温度T_r和热敏电阻常数B带入下述公式可以计算得热敏电阻的零功率电阻值R₂₅：

其中，R_T为热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数，T_r为实际环境温度，T_a为标定环境温度，T_a＝25。

在完成红外测温设备的标定之后，就可以使用标定后的红外测温设备进行红外测温，为了获得精确的温度读数，测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围内。测量出当前热敏电阻的阻值R_T和热电堆输出电压值Vout。

首先，基于红外测温设备的热敏电阻测量值R_T、热敏电阻常数B、上述标定方法得到的热敏电阻的零功率电阻值R₂₅计算当前环境温度值T_at。

可以通过下述公式计算当前环境温度值T_at：

其中，R_T为当前热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数。B值可以通过测量在25摄氏度和50摄氏度(或85摄氏度)时的电阻值后进行计算，B＝T1T2Ln(R_T1/R_T2)/(T2-T1)，T1＝298.15K,T2＝323.15K。B值与产品电阻温度系数正相关,也就是说B值越大,其电阻温度系数也就越大。B值一般在2000－6000之间。

然后，基于热电堆的输出电压值Vout、上述标定方法得到的热电堆灵敏度系数值K和当前环境温度值T_at计算得到目标物体温度值T_t：

通过上述标定方法，使用若干台红外测温设备对目标物体温度进行实际测量，得到如下测量结果：

由上述测量结果可知，在标定环境温度为25.8摄氏度，标定黑体温度为37和42摄氏度的情况下，虽然标定环境温度存在0.8摄氏度的偏差，但是最终产品的测量结果误差最大为0.23摄氏度，获得了良好的测量结果。

图2示出了根据本发明一个实施例的基于红外测温设备的红外测温系统200的结构示意图。如图2所示，该系统200包括标定模块210、测量模块220和计算模块230。

其中，标定模块210用于标定热电堆的灵敏度系数和热敏电阻的零功率电阻值。

标定模块210在对红外测温设备进行参数标定时，可以基于本发明实施例提供的标定方法进行参数标定。

首先，设置标定环境温度、目标物体的第一标定温度和第二标定温度；然后，基于第一标定温度获得热电堆的第一测量电压，基于第二标定温度获得热电堆的第二测量电压；接着，基于所第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆的灵敏度系数；随后就可以基于灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度；最后，基于计算出的实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值。

测量模块220用于测量热敏电阻值和热电堆的输出电压值。

计算模块230用于基于测量模块220得到的热敏电阻值、热敏电阻常数、标定模块210标定的热敏电阻的零功率电阻值计算得到当前环境温度值，基于计算出的当前环境温度值、标定模块210标定的灵敏度系数以及测量模块220测量得到的输出电压值，计算目标物体温度值。

通过本发明提供的红外测温设备的标定方法，通过在标定过程中热敏电阻的测量值和热电堆的电压测量值根据公式推算出实际环境温度，在根据标定时的实际环境温度计算出对应的热敏电阻零功率电阻值，使得产品标注结果不受标定时环境温度偏差的影响，从而在产品对目标物体进行温度测量时减少测量误差。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种红外测温设备标定方法，所述红外测温设备包括热敏电阻和热电堆，其特征在于，包括：

设置标定环境温度、目标物体的第一标定温度和第二标定温度；

基于所述第一标定温度获得热电堆的第一测量电压，基于所述第二标定温度获得热电堆的第二测量电压；

基于所述第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆灵敏度系数；

基于所述热电堆灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度；

基于所述实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值。

2.根据权利要求1所述的红外测温设备标定方法，其特征在于，所述基于所述第一测量电压、第二测量电压、第一标定温度和第二标定温度计算热电堆的灵敏度系数的步骤包括：

通过下述公式计算热电堆的灵敏度系数K：

T_t2为第二标定温度，T_t1为第一标定温度，为第一测量电压，/>为第二测量电压。

3.根据权利要求2所述的红外测温设备标定方法，其特征在于，所述基于所述灵敏度系数、目标标定温度和对应的测量电压，计算实际环境温度的步骤包括：

通过下述公式计算所述实际环境温度T_r：

或者

4.根据权利要求3所述的红外测温设备标定方法，其特征在于，所述基于所述实际环境温度、热敏电阻测量值和热敏电阻常数计算热敏电阻的零功率电阻值的步骤包括：

通过下述公式计算所述热敏电阻的零功率电阻值R₂₅：

其中，R_T为热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数，T_r为实际环境温度，T_a为标定环境温度，T_a＝25。

5.一种基于红外测温设备的红外测温方法，其特征在于，包括：

基于所述红外测温设备的热敏电阻测量值、热敏电阻常数、如权利要求1-4任意一项中所述的标定方法得到的热敏电阻的零功率电阻值计算当前环境温度值；

基于热电堆的输出电压值、如权利要求1-4任意一项中所述的标定方法得到的热电堆灵敏度系数值和当前环境温度值计算得到目标物体温度值。

6.根据权利要求5所述的红外测温方法，其特征在于，所述基于红外测温设备的热敏电阻测量值、热敏电阻常数、热敏电阻的零功率电阻值计算当前环境温度值的步骤包括：

通过下述公式计算所述当前环境温度值T_at：

其中，R_T为当前热敏电阻测量值，B为热敏电阻常数。

7.根据权利要求6所述的红外测温方法，其特征在于，通过下述公式计算目标物体温度值T_t：

其中，Vout为输出电压值，K为标定的热电堆灵敏度系数值，T_at为当前环境温度。

8.一种红外测温系统，其特征在于，包括：

标定模块，用于标定热电堆的灵敏度系数和热敏电阻的零功率电阻值，所述标定模块用于根据如权利要求1-4任意一项中所述的标定方法对热电堆的灵敏度系数和热敏电阻的零功率电阻值进行标定；

测量模块，用于测量热敏电阻值和热电堆的输出电压值；

计算模块，用于基于所述测量模块得到的热敏电阻值、热敏电阻常数、所述标定模块标定的热敏电阻的零功率电阻值计算得到当前环境温度值，基于所述当前环境温度值、所述标定模块标定的灵敏度系数以及所述测量模块测量得到的输出电压值，计算目标物体温度值。