ES2705433T3 - Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar - Google Patents

Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar Download PDF

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Abstract

Un metodo para determinar un coeficiente de compensacion para su uso en un metodo para la compensacion de deriva de temperatura de un dispositivo de medicion de temperatura que comprende un termopar (100) y un termistor (220) para la compensacion de union de referencia, el metodo que comprende: crear (S200) una tabla de resistencia-temperatura (RT) del termistor (220); adquirir (S201) un voltaje analogico generado en el termistor (220) por una fuente de corriente constante (230); convertir (S202) el voltaje analogico adquirido en un conteo digital; calcular (S203) una diferencia de temperatura entre cada temperatura en la tabla de RT y una temperatura ambiente de referencia predeterminada; establecer/ajustar (S204) un coeficiente de compensacion dentro de un rango entre 0.5 y 1.5; calcular (S205) los factores de compensacion multiplicando el valor absoluto de las diferencias de temperatura calculadas por el coeficiente de compensacion; calcular (S206) un conteo digital compensado usando el conteo digital convertido y un factor de compensacion calculado correspondiente; y medir (S207) el cambio de temperatura medido por el termopar de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante; y repetir (S208) las etapas de establecer/ajustar (S204) un coeficiente de compensacion, calcular (S205) los factores de compensacion, calcular (S206) un conteo digital compensado, y medir (S207) cambio de temperatura hasta que la temperatura medida este dentro de un rango objetivo.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar
Antecedentes
1. Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para la compensación de unión de referencia en un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar.
2. Descripción de la Técnica Anterior
Convencionalmente, un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar se provee con un circuito de compensación para compensar la influencia de la temperatura del ambiente circundante, lo cual es innecesario. El circuito de compensación se implementa proporcionando a circuito que genera un voltaje de referencia a un terminal de entrada o proporcionado un sensor de temperatura y un multiplexor al terminal de entrada. En particular, el sensor de temperatura y el multiplexor se adicionan para reducir la complejidad y los errores al proporcionar el circuito generador del voltaje de referencia.
Para un dispositivo de medición de temperatura que usa un sensor de temperatura y un multiplexor, cuando cambia la temperatura del lugar donde el dispositivo de medición de temperatura se instala, la tecnología convencional produce un error en la medición de la temperatura debido a la deriva de temperatura.
En la presente, deriva se refiere a un cambio en un valor medido con un cambio del ambiente. La deriva más significativa observada por varios sensores es típicamente provocada por el cambio de temperatura del ambiente circundante, llamada "deriva de temperatura."
Para mantener la alta precisión en la medición de temperatura, se necesita una función de compensación de temperatura o se necesita instalar un sensor en un pirostato de manera que se mantenga a una temperatura constante. Además de la deriva de temperatura, la deriva por envejecimiento, que resulta del envejecimiento de un elemento durante el uso, también se considera importante. Esta deriva es un elemento importante en determinar el periodo de corrección de un sensor o una galga.
El termopar es un dispositivo para medir la temperatura en un amplio rango usando el efecto Seebeck. Los termopares se usan en una central eléctrica, planta acerera, y similares, y se usan ampliamente en situaciones extremas debido a su alta durabilidad
Un dispositivo de medición de temperatura que usa el termopar mide una temperatura usando fuerza electromotriz generada en el termopar. En la presente, la temperatura medida tiene un valor medido con respecto a 0 °C. En consecuencia, la temperatura alrededor de una parte del dispositivo de medición al cual el termopar está conectado se mide y se suma al valor medido. Esta compensación se denomina como compensación de unión de referencia o compensación de unión fría.
Convencionalmente, para compensar la deriva de temperatura, un circuito de medición de temperatura separado se implementa en el dispositivo de medición de temperatura, o la temperatura alrededor de una parte a la cual se monta un producto se mantiene constante.
Sin embargo, el dispositivo de medición de temperatura convencional que usa un termopar necesita llevar a cabo la compensación de unión de referencia para medir la temperatura. Sin embargo, este procedimiento tiene un límite de compensación para un error que resulta de la deriva de temperatura. Es decir, una causa externa del cambio de temperatura sensado por un termistor para la compensación de unión de referencia y una causa interna de cambio de temperatura no se suministran con una relación constante.
En consecuencia, para superar este límite, se necesita un medio separado para corregir la deriva de temperatura. Este medio típicamente requiere un elemento de medición de temperatura separado capaz de sensar un cambio de temperatura del ambiente circundante.
El documento KR 2008 0090005 A describe un aparato de medición de temperatura de compensación de unión fría que comprende un termopar, un conversor analógico digital, y a compensador de unión fría.
El documento JP 2008 107089 A describe un dispositivo de diagnóstico de deriva de temperatura de compensación de unión fría para un sensor de temperatura de termopar.
Breve resumen
La presente invención pretende resolver el problema anterior. Un método para la compensación de unión de referencia de acuerdo con la invención se define en la reivindicación 1. Un método para medir la temperatura en un dispositivo de medición de temperatura y el uso del método para la compensación de unión de referencia se define en la reivindicación 8. La descripción se refiere a la compensación de la deriva de temperatura mediante la compensación de unión de referencia usando un termistor para la compensación de unión de referencia en lugar de usar un elemento de medición de temperatura separado.
En la presente, la temperatura ambiente de referencia predeterminada está preferentemente entre 20 °C y 30 °C.
Preferentemente, el coeficiente de compensación predeterminado puede establecerse en proporción a una diferencia en la deriva de temperatura, y tiene un valor entre 0.5 y 1.5.
Preferentemente, el conteo digital compensado puede calcularse por la Ecuación 1 siguiente:
[Ecuación 1]
Conteo digital compensado = Conteo digital convertido X (100 factor de compensación)%.
Preferentemente, cuando una temperatura medida realmente por el termistor a una temperatura por debajo de 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor a una temperatura por encima de 0 °C es menor que una temperatura ideal medida, un signo negativo (-) puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, un signo positivo (+) puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, '0' puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
Preferentemente, cuando una temperatura medida realmente por el termistor a una temperatura por debajo de 0 °C es menor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor a una temperatura por encima de 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida, un signo positivo (+) puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, un signo negativo (-) puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, '0' puede aplicarse al factor de compensación cuando la temperatura del termistor es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
Preferentemente, el coeficiente de compensación predeterminado puede ajustarse mediante un método de prueba y error.
Como es evidente de la descripción anterior, de acuerdo con un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención, la deriva de temperatura puede compensarse mediante la compensación de unión de referencia usando un termistor para la compensación de unión de referencia sin proporcionar un elemento de medición de temperatura separado. De esta manera, la precisión de una temperatura medida no cambia a pesar del cambio de temperatura del ambiente circundante medida por el dispositivo de medición de temperatura, y el costo de fabricación puede reducirse significativamente.
Además, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, la deriva de temperatura puede corregirse mediante la implementación de firmware sin un circuito o dispositivo adicional para la compensación de deriva de temperatura. Además, la compensación de deriva de temperatura se puede habilitar en un producto que tiene hardware fijo, lo que proporciona el efecto de la reducción de costos. Además, el costo de implementación de un módulo puede reducirse, y la desventaja del método convencional puede ser superada. Además, la utilidad de la configuración eficiente para un método para la compensación de deriva de temperatura del dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar se puede proporcionar eliminando la complejidad de la configuración del método convencional.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
Las Figuras 2 y 3 son gráficos que representan características típicas de resistencia-temperatura (R-T) de un termistor para la compensación de unión de referencia de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
La Figura 5 es un gráfico que representa el cambio de temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar (antes de la compensación) de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
La Figura 6 es un gráfico que representa el cambio de temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar (después de la compensación) de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
La Figura 8 es una tabla que describe el cálculo real en cada etapa cuando el coeficiente de compensación de la Figura 7 es 1.1.
La Figura 9 es un gráfico que representa el cambio de una temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar de acuerdo con otra modalidad que no es parte de la presente invención.
Descripción detallada
Los objetivos, ventajas y características de la invención mencionados anteriormente se expondrán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos, de manera que los expertos en la técnica puedan llevar a la práctica fácilmente la presente invención. Al describir la presente invención, se omitirá una descripción detallada de tecnologías bien conocidas si se determina que dicha descripción puede oscurecer innecesariamente los puntos principales de la presente invención.
De ahora en adelante, las modalidades de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos acompañantes. Los números de referencia similares se usan para referirse a los mismos elementos o elementos similares a través de los dibujos.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y las Figuras 2 y 3 son gráficos que representan características típicas de resistencia-temperatura (R-T) de un termistor para la compensación de unión de referencia de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
Con referencia a las Figuras 1 a la 3, un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención incluye un termopar 100, un módulo de entrada 200, un módulo de control 300 y un módulo de salida 400.
En la presente, el termopar 100 sirve para convertir la temperatura de un objeto medido en fuerza térmica electromotriz para generar una señal analógica de voltaje. En consecuencia, el termopar 100 se forma uniendo dos materiales diferentes en forma de un enlace.
Es decir, se utiliza el efecto Seebeck, que se refiere a la generación de fuerza electromotriz de acuerdo con una diferencia de temperatura entre las uniones del termopar 100, es decir, una unión caliente y una unión fría. El termopar 100 puede proporcionar un método para detectar temperaturas en varios procesos en, por ejemplo, un reactor nuclear, un avión, un central eléctrica y una planta acerera. Además, el termopar es un sensor de medición de temperatura que es simple en términos de estructura, económico y duradero y es capaz de medir temperaturas con relativa precisión en muchas aplicaciones.
Cuando se configura un circuito cerrado que utiliza dos tipos diferentes de metal, no hay diferencia de potencial entre dos uniones si no hay una diferencia de temperatura entre las uniones. Sin embargo, si hay una diferencia de temperatura entre las dos uniones, el desequilibrio de contacto de una diferencia potencial ocurre entre las uniones. Este efecto es el efecto Seebeck. De este modo, una corriente termoeléctrica fluye desde la unión fría a la unión caliente.
El termopar 100 es un sensor que es capaz de medir una temperatura con exactitud con un error entre aproximadamente 0.1% y aproximadamente 1%, proporciona una estructura simple al dispositivo de medición, y tiene baja impedancia lo que produce bajo ruido en el circuito. Además, el termopar 100 es mecánicamente flexible. Por consiguiente, la forma del termopar 100 se puede cambiar de manera apropiada de acuerdo con las aplicaciones y el termopar 100 se puede hacer en forma de un cable considerando la respuesta rápida, la durabilidad y el aislamiento del circuito.
El termopar 100 puede dividirse en varios tipos de acuerdo con los tipos de metal del mismo y puede usarse selectivamente de acuerdo con los límites y condiciones.
El módulo de entrada 200 sirve para recibir una señal analógica de voltaje del termopar 100 para el valor de temperatura de un objeto que se mide y convertirlo en una señal digital de voltaje. El módulo de entrada 200 incluye un terminal de entrada 210 para conectar el termopar 100, un termistor 220 para la compensación de unión de referencia, una fuente de corriente constante 230 para generar una corriente de salida, un conversor analógico/digital (A/D) 240 para convertir la señal analógica de voltaje en un valor digital, una resistencia de referencia 250 para generar un voltaje de referencia del conversor A/D 240, y un aislador de entrada 260 para aislar el módulo de entrada 200 y el módulo de control 300.
Preferentemente, el aislador de entrada 260 se forma de, por ejemplo, un opto-acoplador. El aislador de entrada 260 funciona para aislar el módulo de entrada 200 y el módulo de control 300. Es decir, el aislador de entrada 260 asegura la fiabilidad del dispositivo de medición de temperatura, y sirve por lo tanto para interrumpir el ruido, una sobrecorriente y un sobrevoltaje entre el módulo de entrada 200 y el módulo de control 300.
Un voltaje de referencia Vref aplicado a través de un terminal de entrada de voltaje de referencia 270 del conversor A/D 240 determina un rango de señales de entrada aceptable por el conversor A/D 240.
La fuerza electromotriz generada en el termopar 100 varía de varios pV a decenas de mV. Para convertir una señal analógica de voltaje en un valor digital, la señal de entrada necesita amplificarse. Aunque no se muestra en la figura, un circuito de amplificación se posiciona preferentemente entre el terminal de entrada 210 y el conversor A/D 240, y puede incluirse en el conversor A/D 240.
El módulo de control 300 lleva a cabo un control PID (proporcional integral derivativo) comparando un valor de temperatura medida convertido en el módulo de entrada 200 con un valor objetivo predeterminado. El módulo de control 300 incluye una unidad interfaz 310 para recibir parámetros predeterminados de un dispositivo externo (por ejemplo, CPU PLC), un calculador PID 320 para calcular un valor ajustado llevando a cabo un control PID con el valor de temperatura medida convertido en el módulo de entrada 200 y el valor objetivo predeterminado, una memoria 330 para almacenar los parámetros predeterminados y el valor ajustado, y un controlador 340 para determinar el tipo de una señal de entrada al módulo de entrada 200 usando los parámetros predeterminados, controlar el módulo de entrada 200 para convertir una señal analógica de entrada en una señal digital de acuerdo con el tipo de señal, generar una señal de control de modulación de ancho de pulso (PWM) usando el valor ajustado calculado por el calculador PID 320 y los parámetros predeterminados, y transmitir la señal de control de PWM al módulo de salida 400 para controlar el módulo de salida 400 para generar el valor ajustado.
En la presente, la unidad interfaz 310 recibe los parámetros predeterminados necesarios para la operación del dispositivo de medición de temperatura llevando a cabo la comunicación de datos con, por ejemplo, un CPU PLC. En la presente, los parámetros predeterminados incluyen un parámetro de entrada, un parámetro de control y un parámetro de salida.
El parámetro de entrada contiene información sobre el tipo de sensor de entrada del dispositivo de medición de temperatura, y el parámetro de control contiene información tal como un coeficiente de configuración del PID necesario para el control PID. El parámetro de salida contiene información sobre el tipo de salida, como salida en caliente o salida en frío, e información sobre el tipo de salida, como salida analógica o salida de encendido/apagado.
El calculador PID 320 compara un valor digital obtenido a través de la conversión en el conversor A/D 240, es decir, un valor medido con un valor objetivo predeterminado. Si hay una diferencia entre el valor medido y el valor objetivo, el calculador PID 320 realiza el cálculo PID calculando un valor ajustado para hacer que el valor medido alcance el valor objetivo.
La memoria 330 almacena parámetros predeterminados recibidos de la unidad interfaz 310 y el valor ajustado calculado por el calculador PID 320.
El controlador 340 determina el tipo de una señal de entrada al módulo de entrada 200 utilizando el parámetro de entrada entre los parámetros predeterminados recibidos desde la unidad interfaz 310. Luego, el controlador 340 genera en la señal de control de conversión A/D para controlar el funcionamiento del conversor A/D 240 de acuerdo con el tipo de señal de entrada al módulo de entrada 200.
Además, el controlador 340 controla el calculador PID 320 para realizar el cálculo PID comparando el valor medido y el valor objetivo, y almacena el valor ajustado calculado por el calculador PID 320 en la memoria 330.
El controlador 340 genera además una señal de control de PWM para el valor ajustado del calculador PID 320 y la entrega al módulo de salida 400. La señal de control de PWM contiene información sobre el tipo de salida e información sobre la forma de salida.
El módulo de salida 400 genera un valor resultante de control PID de acuerdo con control del módulo de control 300. El módulo de salida 400 incluye un aislador de salida 410 para aislar el módulo de control 300 y el módulo de salida 400, una unidad de salida 420 para generar un valor ajustado calculado y procesado de acuerdo con la señal de control de PWM. En la presente, la unidad de salida 420 se provee con cables para la salida fría y cables para la salida caliente.
Similar al aislador de entrada 260, el aislador de salida 410 se forma preferentemente de un opto-acoplador. El aislador de salida 410 funciona para aislar el módulo de control 300 y el módulo de salida 400, asegurando así la fiabilidad del dispositivo de control temperatura.
La unidad de salida 400 puede generar una salida analógica o salida encendido/apagado de acuerdo con la información sobre la forma de salida contenida en la señal de control de PWM. Además, la unidad de salida 400 puede proporcionar la salida a través del cableado para salida caliente o cableado para salida fría de acuerdo con la información sobre el tipo de salida contenida en la señal de control PWM.
El dispositivo de medición de temperatura que utiliza un termopar configurado como el anterior utiliza un valor de temperatura medido por el termistor 220 para la compensación de unión de referencia. Un termistor de coeficiente de temperatura negativo (NTC) que tiene un coeficiente de temperatura negativo (-) es un componente de 2 terminales que produce un cambio en la resistencia correspondiente al cambio en la temperatura de la superficie del mismo, como se muestra en las Figuras 2 y 3.
El cambio de temperatura del termistor ocurre debido a una causa externa y a una causa interna. La causa externa es el cambio de temperatura del ambiente circundante del termistor, y la causa interna es el cambio de temperatura de acuerdo con el calor generado a partir de una corriente que fluye a través de un elemento. Una combinación de estas dos causas da como resultado un cambio de temperatura del termistor. El termistor NTC se fabrica utilizando óxidos metálicos como el manganeso, el níquel, el cobalto, el cobre y el hierro.
Además, el termistor sufre un cambio de resistencia entre aproximadamente -3 %/°C y aproximadamente -6 %/°C con respecto a aproximadamente 25 °C. Esta relación entre resistencia y temperatura cumple con una curva exponencial aproximada como se muestra en la Figura 2. Un método para obtener la curva del termistor NTC es medir una pendiente de la curva de resistencia a la temperatura a una temperatura fija, y el coeficiente de temperatura a de una resistencia se define mediante la siguiente ecuación.
Figure imgf000006_0001
En la presente, T es una temperatura (en °C o K), y R es resistencia a temperatura T.
Como se muestra en la Figura 2, la pendiente más pronunciada en la curva NTC aparece en una región de baja temperatura, y el coeficiente de temperatura aumenta en aproximadamente -8%/°C a aproximadamente -40 °C, que varía ligeramente dependiendo del material que constituye el Termistor NTC. La sección plana en la curva NTC aparece en una región de alta temperatura, y el cambio de resistencia dentro de aproximadamente 1%/°C ocurre a aproximadamente 300 °C.
En la presente, el coeficiente de temperatura a, que se puede usar para comparar las pendientes relativas de la curva NTC, es un elemento importante para comparar los coeficientes de temperatura a a la misma temperatura. Es decir, el coeficiente de temperatura a cambia en gran medida dentro del mismo rango de temperatura de operación y, por lo tanto, el fabricante del termistor proporciona un coeficiente de temperatura tal que los usuarios pueden reconocer el rango de cambio de temperatura.
Normalmente, el valor de resistencia del termistor se determina en función del valor medio en el rango de cambio de resistencia a una temperatura específica. Básicamente, el termistor que no tiene linealidad en las regiones de baja temperatura y alta temperatura detecta el cambio de temperatura de acuerdo con la causa externa y la causa interna mencionadas anteriormente. Estas características están estrechamente relacionadas con las propiedades de hardware del controlador de temperatura fabricado.
En consecuencia, si la compensación de temperatura se realiza en función del valor de resistencia del termistor proporcionado por el fabricante del termistor, el cambio en la resistencia, que puede variar de acuerdo con las propiedades del hardware y el cambio de temperatura del ambiente circundante, no puede reflejarse. Por lo tanto, es muy probable que un error de compensación cambie de acuerdo con la temperatura del ambiente circundante.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
Con referencia a la Figura 4, los parámetros necesarios para el control de la temperatura se reciben del usuario (S100). Luego, se selecciona el termopar 100 conectado a cada canal o un canal para la compensación de unión de referencia (S101).
Luego, se determina si el canal seleccionado en S101 realiza la conversión del termopar por primera vez o si la conversión del termopar se realiza a través del último canal (S102). Si la conversión del termopar se realiza por primera vez o a través del último canal, se realiza la conversión para la compensación de unión de referencia (S103 y S104).
Posteriormente, se realiza la conversión para el canal del termopar (S105 a S107). En este momento, se aplica un conteo digital de la unión de referencia modificada (S108) para obtener una temperatura final que refleja la compensación de deriva de temperatura, que es la mayor diferencia con respecto a la tecnología convencional, como se describirá en detalle más adelante.
A continuación, se resumen los conteos digitales de unión de referencia/termopar (S109), y la suma de los conteos se busca en la tabla de temperaturas (S110). Como última etapa de la medición de la temperatura, se entrega al controlador 340 una temperatura que se ha sometido a una compensación de unión de referencia (ver Figura 1) (Sill). Posteriormente, el módulo de control de temperatura realiza el control PID (S112). Para un módulo de medición simple, esta operación se omite.
Para implementar la compensación de conteo digital de la unión de referencia (S108), se debe calcular una tabla de unión de referencia compensada. Esto tiene como objetivo realizar la compensación de la deriva de temperatura en el circuito de medición, así como en el procedimiento de compensación de unión de referencia. Específicamente, esto está destinado a realizar la compensación de deriva de temperatura a través de la compensación de unión de referencia solo sin un sensor de temperatura separado.
Primero, para identificar la propiedad de deriva de temperatura de un circuito de medición diseñado, se detecta un perfil de una cierta temperatura medida de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante mediante un dispositivo como un pirostato o un humidistato.
La Figura 5 es un gráfico que representa el cambio de temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar (antes de la compensación) de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y la Figura 6 es un gráfico que representa el cambio de temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar (después de la compensación) de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
Con referencia a la Figura 5, para un cambio en la temperatura medida (antes de la compensación) de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante del termopar 100 (ver Figura 1), se mide la temperatura de 20 °C a una temperatura ambiente (25 °C). Sin embargo, la temperatura medida aumenta a 24 °C cuando la temperatura del ambiente circundante disminuye a - 10 °C, y disminuye a 16 °C cuando la temperatura del ambiente circundante aumenta a 60 °C.
Es decir, aunque el rango del cambio de temperatura real depende de la estructura o configuración del circuito y el mecanismo, se proporciona el perfil mencionado anteriormente. En el caso ideal, la temperatura medida a 20 °C se mantiene (como lo indica una línea roja punteada en la Figura 5) independientemente del cambio de temperatura del ambiente circundante.
Con referencia a la Figura 6, el cambio en la temperatura medida (después de la compensación) de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante del termopar 100 (ver Figura 1) se obtiene al aplicar una tabla de temperatura de la unión de referencia compensada de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Es decir, la presente invención pretende obtener una temperatura realmente medida lo más cerca posible del valor medido ideal.
Un error en el valor de resistencia del termistor 220 (ver Figura 1) aplicado a la compensación de unión de referencia se expresa como se muestra en Figura 2. De esta manera, para realizar la compensación de deriva de temperatura para el hardware en general, el cambio del valor de resistencia se refleja en la región de baja temperatura para la temperatura del ambiente circundante y se refleja en exceso en la región de alta temperatura para la temperatura del ambiente circundante. En la Figura 3, el eje y representa el conteo de conversión A/D en lugar de la resistencia de la Figura 2.
La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y la Figura 8 es una tabla que describe el cálculo real en cada etapa cuando el coeficiente de compensación de la Figura 7 es 1.1.
Con referencia a las Figuras 7 y 8, en un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar de acuerdo con una modalidad de la presente invención, se realiza una tabla R-T (resistencia-temperatura) del termistor 220 (ver Figura 1) proporcionada por el fabricante del termistor (S200).
Posteriormente, se adquiere y calcula un voltaje analógico generado en el termistor 220 por la fuente de corriente constante diseñada 230 (ver Figura 1) en el circuito de medición (S201). Posteriormente, el voltaje analógico adquirido en la etapa S201 se convierte en un valor de conteo digital medido por el conversor A/D 240 (consulte la Figura 1) (S202).
Luego, una diferencia de temperatura entre cada temperatura en la tabla de RT para los valores de resistencia de acuerdo con la temperatura del termistor realizado en la etapa S200 y una temperatura ambiente de referencia predeterminada (preferentemente, una temperatura entre 20 °C y 30 °C, y con mayor preferencia, se calcula aproximadamente 25 °C) (S203).
Luego, se determina un coeficiente de compensación (ajustado) (S 204). El coeficiente de compensación se establece preferentemente en proporción a la diferencia de deriva de temperatura, y se puede establecer dentro de un rango entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 1.5.
Posteriormente, se calcula un factor de compensación multiplicando el valor absoluto de la diferencia de temperatura calculada en la etapa S203 por el coeficiente de compensación predeterminado en la etapa S204 (S205).
Entonces, se genera un conteo de conversión compensado (S206). Es decir, un conteo digital compensado se calcula usando el conteo digital convertido en la etapa S202 y el factor de compensación calculado en la etapa S205, en base a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
En este caso, el conteo digital compensado se puede calcular utilizando la Ecuación 1, que se repite a continuación.
[Ecua ción 1]
Conteo digital compensado = Conteo digital convertido X (100 factor de compensación)%.
Preferentemente, en el caso donde una temperatura medida realmente por el termistor 220 a una temperatura (baja temperatura) menor que 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor 220 a una temperatura (alta temperatura) mayor que 0 °C es menor que una temperatura ideal medida, el signo negativo (-) se aplica al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada (preferentemente, una temperatura entre 20 °C y 30 °C, y con mayor preferencia, aproximadamente 25 °C), el signo positivo (+) se aplica al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, y '0' se aplica al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
Posteriormente, se mide el cambio de temperatura medida de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante (S207). Luego, se determina si la temperatura medida está dentro de un rango objetivo (S208). Si la temperatura medida no está dentro del rango objetivo, la etapa S204 se lleva a cabo nuevamente para ajustar el coeficiente de compensación.
Finalmente, la temperatura del termopar 100 se mide finalmente a través de la compensación de unión de referencia utilizando la temperatura del termistor correspondiente al conteo digital compensado en la etapa S206 (ver S109 y S110 de la Figura 4).
La Figura 9 es un gráfico que representa el cambio de una temperatura medida con el cambio de temperatura del ambiente circundante de un termopar de acuerdo con otra modalidad que no es parte de la presente invención.
La Figura 9 ilustra de manera ejemplar un hardware en el que un perfil de las temperaturas medidas de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante proporciona temperaturas medidas más altas que las temperaturas medidas ideales a una temperatura baja (por debajo de 0 °C), y temperaturas medidas más bajas que las temperaturas medidas ideales a una temperatura alta (por encima de 0 °C) como se muestra en la Figura 5. Sin embargo, puede haber un perfil de temperatura en el que las temperaturas cambien de manera opuesta.
Es decir, si un perfil de temperaturas medidas de acuerdo con el cambio en la temperatura del ambiente circundante da temperaturas medidas más bajas que las temperaturas medidas ideales a una temperatura baja (por debajo de 0 °C) y temperaturas medidas más altas que las temperaturas medidas ideales a una temperatura alta (por encima de 0 °C), al factor de compensación se le puede asignar un signo opuesto al signo asignado en la etapa S206 de generar un conteo de conversión compensado de la Figura 7.
Preferentemente, en el caso donde una temperatura medida realmente por el termistor 220 a una temperatura (baja temperatura) menor que 0 °C es menor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor 220 a una temperatura (alta temperatura) mayor que 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida, el signo positivo (+) puede aplicarse al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada (preferentemente, una temperatura entre 20 °C y 30 °C, y con mayor preferencia, aproximadamente 25 °C), el signo negativo (-) puede aplicarse al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada, y '0' puede aplicarse al factor de compensación si la temperatura del termistor 220 es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
Como se describió anteriormente, la presente invención proporciona un método para realizar la compensación de unión de referencia y la compensación de deriva de temperatura usando un termistor necesario para la compensación de unión de referencia en un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar.
Sim embargo, por muy preciso que sea el circuito de medición, se produce un error de acuerdo con la deriva de temperatura. La presente invención permite que el dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar realice la compensación de unión de referencia sin proporcionar un componente o circuito adicional extrayendo un perfil de temperaturas medidas de acuerdo con la deriva de temperatura a través de una prueba y corrigiendo el perfil a través del procedimiento de compensación de unión de referencia. Un efecto de la presente invención se ilustra en la Figura 5, y la Figura 6 muestra que se puede obtener un resultado cercano a las temperaturas medidas ideales.
En la presente invención, se usa un procedimiento de procesamiento de señales de medición realizado por un dispositivo de medición de temperatura convencional que usa un termopar. Sin embargo, en la etapa S108 de la Figura 4 se usa una tabla de compensación de unión de referencia diferente, y en la Figura 7 se ilustra un procedimiento para generar un conteo utilizado para la tabla de compensación de la unión de referencia.
Además, dado que la presente invención no requiere un componente separado o un cambio de hardware, es aplicable diseñar un nuevo dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar. Además, la presente invención permite que el efecto de la compensación de deriva de temperatura se implemente en el dispositivo de medición de temperatura convencional que usa un termopar cambiando el firmware a través de una prueba.
Además, el procedimiento más importante de la presente invención es la determinación de un coeficiente de compensación de la Figura 7 (S204), y se puede encontrar un coeficiente adecuado a través de un método de prueba y error. Usando el coeficiente de compensación determinado de esta manera, es posible que un dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar sea robusto al cambio de temperatura del ambiente circundante. Además, el dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar puede medir de manera estable una temperatura en un ambiente circundante en el que la temperatura del ambiente circundante del dispositivo de medición de temperatura cambia significativamente, y por lo tanto, la calidad de la conversión de la señal del termopar puede mejorarse.
Además, dado que el termopar 100 viene en varios tipos (por ejemplo, B, R, S, K, E, J, T, N), la influencia de la deriva de temperatura puede diferir entre los sensores. En consecuencia, se puede extraer una tabla de conteo de compensación adecuada para un termopar específico mediante el método propuesto en la presente invención.
Además, la precisión del dispositivo de medición de temperatura que usa un termopar a la temperatura se divide en una región de temperatura ambiente y una región de temperatura fuera de la temperatura ambiente en una sección de temperatura disponible. El grado de error de medición de acuerdo con la deriva de temperatura se proporciona al usuario indicando la precisión para cada una de las regiones de temperatura ambiente y la región de temperatura fuera de la temperatura ambiente o indicando por separado un coeficiente de temperatura.
Además, de acuerdo con una modalidad de la presente medida, se puede mejorar la precisión o el coeficiente de temperatura para la región de temperatura fuera de la temperatura ambiente. En algunos casos, se puede obtener una precisión cercana a la precisión de la temperatura ambiente. Si se puede obtener la precisión de la región de temperatura fuera de la temperatura ambiente cercana a la precisión de la temperatura ambiente, puede ser una gran ventaja para el usuario que usa el dispositivo de medición de temperatura que usa el termopar.
Con un método para la compensación de deriva de temperatura dispositivo de medición de temperatura que usa el termopar 100 de acuerdo con otra modalidad que no es parte de la presente invención, la deriva de temperatura puede compensarse mediante la compensación de unión de referencia usando el termistor 220 para la compensación de unión de referencia sin proporcionar un elemento de medición de temperatura separado. Por lo tanto, la precisión de las temperaturas medidas puede no cambiar incluso si cambia la temperatura del ambiente circundante del dispositivo de medición de temperatura. Además, los costos de fabricación pueden reducirse efectivamente.
Además, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, la deriva de temperatura puede corregirse a través de la implementación del firmware sin un circuito o dispositivo adicional para la compensación de deriva de temperatura. Además, la compensación de deriva de temperatura se puede implementar incluso en un producto con hardware fijo junto con un efecto de ahorro de costos. Además, los costos de implementación de un módulo pueden reducirse, mientras se aborda la desventaja del método convencional. Además, la utilidad de la configuración eficiente para el método de compensación de deriva de temperatura del dispositivo de medición de temperatura que usa el termopar 100 se puede proporcionar al eliminar la complejidad de configuración del método convencional.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método para determinar un coeficiente de compensación para su uso en un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que comprende un termopar (100) y un termistor (220) para la compensación de unión de referencia, el método que comprende:
    crear (S200) una tabla de resistencia-temperatura (RT) del termistor (220);
    adquirir (S201) un voltaje analógico generado en el termistor (220) por una fuente de corriente constante (230); convertir (S202) el voltaje analógico adquirido en un conteo digital;
    calcular (S203) una diferencia de temperatura entre cada temperatura en la tabla de RT y una temperatura ambiente de referencia predeterminada;
    establecer/ajustar (S204) un coeficiente de compensación dentro de un rango entre 0.5 y 1.5;
    calcular (S205) los factores de compensación multiplicando el valor absoluto de las diferencias de temperatura calculadas por el coeficiente de compensación;
    calcular (S206) un conteo digital compensado usando el conteo digital convertido y un factor de compensación calculado correspondiente; y
    medir (S207) el cambio de temperatura medido por el termopar de acuerdo con el cambio de temperatura del ambiente circundante; y
    repetir (S208) las etapas de establecer/ajustar (S204) un coeficiente de compensación, calcular (S205) los factores de compensación, calcular (S206) un conteo digital compensado, y medir (S207) cambio de temperatura hasta que la temperatura medida esté dentro de un rango objetivo.
  2. 2. El método de acuerdo con reivindicación 1, en donde la temperatura ambiente de referencia predeterminada está entre 20 °C y 30 °C.
  3. 3. El método de acuerdo con reivindicación 1, en donde el conteo digital compensado se calcula mediante la siguiente ecuación:
    Conteo digital compensado = Conteo digital convertido X (100 factor de compensación)%.
  4. 4. El método de acuerdo con reivindicación 3, en donde, cuando una temperatura medida realmente por el termistor (220) a una temperatura por debajo de 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor (220) a una temperatura por encima de 0 °C es menor que una temperatura ideal medida,
    un signo negativo (-) se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada,
    un signo positivo (+) se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada,
    '0' se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
  5. 5. El método de acuerdo con reivindicación 3, en donde, cuando una temperatura medida realmente por el termistor (220) a una temperatura por debajo de 0 °C es menor que una temperatura ideal medida, y una temperatura medida realmente por el termistor (220) a una temperatura por encima de 0 °C es mayor que una temperatura ideal medida,
    un signo positivo (+) se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es menor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada,
    un signo negativo (-) se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es mayor que la temperatura ambiente de referencia predeterminada,
    '0' se aplica al factor de compensación cuando la temperatura del termistor (220) es igual a la temperatura ambiente de referencia predeterminada.
  6. 6. Un método para la compensación de deriva de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura que comprende un termopar (100) y un termistor (220) para la compensación de unión de referencia, el método comprende:
    convertir (S104) la resistencia de unión de referencia (R) del termistor (220) en un conteo digital de la unión de referencia (A);
    convertir (S107) la señal del termopar en un conteo digital del termopar;
    calcular (S108) un conteo digital compensado (B) usando el conteo digital del termopar convertido y un factor de compensación calculado cuando se lleva a cabo el método de cualquier reivindicación 1-5
    sumar (S109) el conteo digital de la unión de referencia (A) y el conteo digital del termopar (B);
    buscar (S110) la suma de los conteos digitales (A+B) en una tabla de temperaturas; y suministrar (S111) una temperatura con deriva de temperatura compensada.
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