一種溫度自動檢測的補償方法及溫度自動檢測系統的製作方法
2023-05-23 10:49:41
專利名稱：一種溫度自動檢測的補償方法及溫度自動檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感測控技術，特別是一種溫度自動檢測的補償方法及溫度自動檢測系統，應用於溫度自動精密檢測領域中。
背景技術：
與溫度相關的國家檢測標準中，溫度參數通過液體溫度計標定。隨著自動化檢測儀器逐漸取代手動儀器，採用溫度自動檢測系統取代液體溫度計是大勢所趨。已有的溫度自動檢測系統在測量溫度時，是根據溫度傳感器隨溫度變化特性，繪製一條溫度變化曲線，結合液體溫度計測量結果，對溫度變化曲線的若干點進行標定。依據選擇產品性能及測量標準不同，待測樣品需要選擇不同速率升溫，對不同特徵溫度點進行修正，使其這一時刻溫度檢測系統測量溫度結果與液體溫度計讀數相同，再對相鄰點溫度進行線性修正。這種修正方法要求被測產品在特定的條件下進行檢測，當快速升降溫時兩者動態特性差異尤為突出，容易造成測量結果誤差。這種選擇特殊溫度點及點與點之間採用線性標定的方式，有很大的局限性，而且需要對 每一個溫度檢測系統逐個進行修正，以使溫度自動檢測系統與液體溫度計測量達到一致，使用不方便。
發明內容
本發明目的在於提供一種溫度自動檢測的補償方法及溫度自動檢測系統，通過對溫度自動檢測系統進行溫度補償，使溫度自動檢測系統動態特性與液體溫度計測量近於一致，實現溫度準確自動檢測。本發明的技術解決方案是:一種溫度自動檢測的補償方法，其特徵在於
A、採用水浴恆溫加熱法，使溫度自動檢測系統以恆定速率升溫，進行溫度檢測；
B、利用液體溫度計標定溫度傳感器的靜態特徵值；
C、溫度傳感器和液體溫度計的熱傳遞特性分別採用三個一階系統串聯而成的三階系統和帶有純滯後的一階慣性系統確定各自的傳遞函數，藉助計算機工具語言MATLAB分析溫度響應曲線及實驗數據擬合求解，確定各自的時間常數；
D、引入補償環節，將溫度自動檢測系統溫度動態特性逼近液體溫度計溫度動態特性，利用三個一階微分環節和一個一階慣性環節的串聯，確定補償函數；用計算機工具語言MATLAB對補償函數的時間常數做微小調整，反覆試驗修改補償函數的參數，得到更好的擬合逼近效果。一種溫度自動檢測系統，其特徵在於該系統是由恆流源、溫度傳感器、信號調理放大器、Α/D轉換器、單片機、計算機連接構成，由單片機對溫度傳感器進行定時採集，並對採集的數據進行非線性處理，然後通過串行接口發送給計算機。所述的溫度傳感器是由鉬熱電阻絲，護套，絕緣骨架，絕熱石棉纖維及引線構成，位於護套內的絕緣骨架上繞制鉬熱電阻絲，鉬熱電阻絲上連接有引線，在護套與絕緣骨架之間填充有絕熱石棉纖維。
本發明的特點是:該補償方法可以將溫度自動檢測系統動態特性逼近液體溫度計，根據同一型號溫度傳感器的溫度自動檢測系統在相對穩定的實驗環境中傳遞函數相同的特點，只需進行一次實驗校準可完成對檢測儀器參數的標定，提高系統自動檢測溫度的準確性和便捷性。
圖1是本發明溫度自動檢測系統示意 圖2是本發明溫度傳感器結構示意 圖3是本發明溫度自動檢測系統溫度時間響應特徵曲線 圖4是本發明國標I號水銀溫度計溫度響應曲線 圖5是本發明三階系統擬合結果和實際測量結果對比 圖6是圖5中O區域的放大 圖7是本發明補償環節系統框 圖8是本發明引入補償函數後溫度自動監測系統實際測量溫度曲線對比圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳述: 如圖1、2所示，溫度自動檢測系統的恆流源(6)由穩定參考電壓源、運放器和電阻組成。穩定參考電壓源為LM236-2.5V提供，為系統設備提供恆定的電流，採用高精度低溫漂運放0P07構建運算放大器。溫度傳感器(7)輸出與信號調理放大器(8)連接，信號調理放大器(8)使用AD620儀表放大器。Α/D轉換器(9)為單片機(10)MSP430F169內部自帶有12位高速ADC組成，編寫程序驅動單片機MSP430F169 (10)對溫度傳感器Pt 100進行IOms時間間隔定時採集，並對測量數據進行非線性處理，然後通過串行接口發送給計算機(11)，計算機(11)對單片機(10)上傳的測量數據進行記錄及數據處理。使用該系統時，首先使用高精度變阻箱對恆流源(6)至Α/D轉換器(9)進行兩次標定，然後對溫度傳感器(7)在多個恆溫狀態下進行靜態校正。溫度傳感器選用PtlOO，其結構為絕緣骨架(3)上繞制鉬熱電阻絲(1)，鉬熱電阻絲(I)線徑為0.05 0.07 mm，鉬熱電阻絲(I)上連接有銀引線(5)，銀引線(5)的輸入和輸出端分別與恆流源(6)和信號調理放大器(8)連接。在絕緣骨架(3)外部設有金屬護套
(2)為不鏽鋼護套，直徑為Φ4πιπι，長度75mm。金屬護套(2)與絕緣骨架(3)之間填充有絕熱石棉纖維(4)。本實施例選用液體溫度計為國標I號水銀溫度計。採用以下方法對溫度自動檢測進行補償:
1、溫度自動檢測系統採用水浴恆溫加熱法，以每10°c的恆定速率升溫條件進行溫度檢測，首先用國標I號水銀溫度計標定溫度傳感器Ptioo的靜態值，具體操作方法為:開啟溫度自動檢測系統，預熱10分鐘，使溫度自動檢測系統達到穩定工作狀態。然後採用加熱器加熱容器水，同時插入溫度傳感器Ptioo和國標I號水銀溫度計，加熱時以國標I號水銀溫度計為標準，取01:、101:、201:、……、100°C共11個溫度環境，標定溫度傳感器PtlOO的靜態值。
其次進行國標I號水銀溫度計和溫度傳感器PtlOO靜態值進行校驗，具體操作方法為:將溫度傳感器Ptioo置於室溫中，使其達到熱傳遞平衡，根據國標I號水銀溫度計顯示溫度，當溫度不再變化時，計算機記錄室溫時溫度傳感器Ptioo特徵值，將溫度傳感器迅速插入沸水中，插入深度15mm,並記下這一時刻；當溫度不再變化時,計算機記錄沸水時溫度傳感器PtlOO靜態值。2、根據溫度傳感器和液體溫度計結構，對兩者的熱傳遞特性分別採用三個一階系統串聯而成的三階系統和帶有純滯後的一階慣性系統確定各自的傳遞函數，藉助計算機工具語言MATLAB分析溫度響應曲線及實驗數據擬合求解，確定溫度傳感器和液體溫度計傳遞函數時間常數，具體步驟為:
I)將溫度傳感器PtlOO (7)設置在加熱環境採用恆速率升溫、恆速率降溫的被檢測設備中，熱量經過不鏽鋼護套(2)和絕熱石棉纖維(4)傳給鉬熱電阻絲(I )，將每一次熱傳遞看作是一個帶有純滯後的一階慣性系統，則溫度傳感器PtlOO可看作三個一階系統串聯而成的三階系統，溫度傳感器PtlOO傳遞函數為
權利要求
1.一種溫度自動檢測的補償方法，其特徵在於 A、採用水浴恆溫加熱法，使溫度自動檢測系統以恆定速率升溫，進行溫度檢測； B、利用液體溫度計標定溫度傳感器的靜態特徵值； C、溫度傳感器和液體溫度計的熱傳遞特性分別採用三個一階系統串聯而成的三階系統和帶有純滯後的一階慣性系統確定各自的傳遞函數，藉助計算機工具語言MATLAB分析溫度響應曲線及實驗數據擬合求解，確定各自的時間常數； D、引入補償環節，將溫度自動檢測系統溫度動態特性逼近液體溫度計溫度動態特性，利用三個一階微分環節和一個一階慣性環節的串聯，確定補償函數；用計算機工具語言MATLAB對補償函數的時間常數做微小調整，反覆試驗修改補償函數的參數，得到更好的擬合逼近效果。
2.一種溫度自動檢測系統，其特徵在於該系統是由恆流源、溫度傳感器、信號調理放大器、Α/D轉換器、單片機、計算機連接構成，由單片機對溫度傳感器進行定時採集，並對採集的數據進行非線性處理，然後通過串行接口發送給計算機。
3.根據權利要求2所述的溫度自動檢測系統，其特徵在於所述的溫度傳感器是由鉬熱電阻絲，護套，絕緣骨架，絕熱石棉纖維及引線構成，位於護套內的絕緣骨架上繞制鉬熱電阻絲，鉬熱電阻絲 上連接有引線，在護套與絕緣骨架之間填充有絕熱石棉纖維。
全文摘要
本發明涉及一種溫度自動檢測的補償方法及溫度自動檢測系統，該方法採用水浴恆溫加熱法升溫檢測，利用液體溫度計標定溫度傳感器的靜態特徵值，熱傳遞特性分別採用三個一階系統串聯而成的三階系統和帶有純滯後的一階慣性系統確定各自的時間常數和補償函數。該系統是由恆流源、溫度傳感器、信號調理放大器、A/D轉換器、單片機、計算機連接構成。其特點是將溫度自動檢測系統動態特性逼近液體溫度計，根據同一型號溫度傳感器的溫度自動檢測系統在相對穩定的實驗環境中傳遞函數相同的特點，只需進行一次實驗校準可完成對檢測儀器參數的標定，提高了系統的準確性和便捷性。
文檔編號G01K7/18GK103234662SQ20131015974
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月3日 優先權日2013年5月3日
發明者周志民, 那健, 曲元鑫, 陳楊 申請人:大連測控技術研究所