CN103604523A - 一种热电偶温度显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电偶温度显示器，它是按分段数据表中的误差补偿值，纠正热电偶温度显示器测量误差，采用了基于温度差的温度校验仪模拟热电偶的热电势，经计算产生误差补偿值并录入分段数据表中，实现多校验点的智能校验，从而对热电偶温度显示器测量时产生的误差进行补偿。

Description

一种热电偶温度显示器

（一）技术领域：

本发明涉及一种热电偶温度显示器，它是按分段数据表中的误差补偿值，纠正热电偶温度显示器测量误差，采用了基于温度差的温度校验仪模拟热电偶的热电势，经计算产生误差补偿值并录入分段数据表中，实现多温度校验点的智能校验，从而对热电偶温度显示器测量时产生的误差进行补偿。

（二）背景技术：

温度显示器是一种工业中广泛使用的测温产品，它与所采用的热电偶配套使用。热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，热电偶获得检测现场热电势并与环境热电势求和，即可得到测量现场温度。热电偶温度显示器将检测现场热电势即毫伏信号经输入电路，滤波放大处理，清除各种高次谐波信号和常见的干扰，再经Ａ／Ｄ转换器将毫伏信号的模拟量转换为数字量送入单片机处理，单片机将其与热电偶冷端热电势相加，再经过复杂的温度毫伏信号的非线性纠正及基于校验数据补偿的计算得到测量温度。对该非线性变化量的测量，传统用硬件线性化测温仪表电路，往往需要多个集成电路和大量***元件，不仅电路复杂，而且易受环境温度影响，测量精度也难以提高。热电偶温度显示器本身的测量误差，来自上述输入电路和Ａ／Ｄ转换器误差，以及非线性纠正和冷端补偿误差的影响。

（三）发明内容：

本发明涉及一种热电偶温度显示器，它是按分段数据表纠正热电偶温度测量误差，可提高温度测量精度。该热电偶温度显示器由输入电路、Ａ／Ｄ转换器、单片机、冷端补偿电路、非易失存储器、ＬＥＤ显示器组成，其主要区别在于采用了基于温度差的温度校验仪模拟热电偶的热电势，并用于在分段数据表中增加误差补偿项。该分段数据表是先按热电偶温度显示器所采用的热电偶分度表，根据温度测量范围和测量精度要求，以热电偶热电势Ｅ为横坐标，以温度Ｔ为纵坐标把函数Ｔ＝ｆ（Ｅ）的曲线图象描绘出来，再用数段折线来逼近这条曲线，它可以用手工将曲线分段也可以借用电脑分段。即从0度开始，用最小二乘法找出一段区间的ａ、ｂ值然后依次计算区间内各点误差Ｖｉ：

Ｖｉ＝︱Ｔｉ－（ａＥｉ＋ｂ）︱

式中Ｅｉ是热电势毫伏值，Ｔｉ是温度值。如果Ｖｉ小于允许误差，则将该区间扩展若干温度值例如10度，再计算新区间的ａ、ｂ值，当Ｖｉ大于允许误差时该分段结束进入下一个分段。但实际上可以通过互联网和各种资料查到各种热电偶分度号的现成分段数据，这样热电偶分度表都可以用一组线性函数拟合：

Ｔ＝ａｉＥ＋ｂｉ（ｉ＝1，2，3，……）－－－－－（1）

式中ｉ是热电偶分度表分段的序号，参数ａｉ、ｂｉ由计算或现成资料提供，Ｅ是热电势毫伏值，Ｔ是其温度值。将上述分段的序号ｉ及参数ａｉ、ｂｉ及误差补偿值列表做成分段数据表。实际使用时热电偶输出的是其两端温度差热电势，其冷端通常为环境温度，由热电偶获取现场温度毫伏信号，需与热电偶冷端补偿的热电势毫伏值相加，经输入电路和Ａ／Ｄ转换器的处理后由单片机将该处理后现场温度毫伏信号数字量查得落在那一分段，用该分段ａｉ、ｂｉ参数经1式计算得到现场温度值。但由此得到的现场温度值它包含了热电偶的误差和由热电偶温度显示器中输入电路和Ａ／Ｄ转换器及冷端补偿产生的误差，热电偶产生的误差一般通过检定后更换热电偶来解决，热电偶温度显示器产生的误差，现有方法通常是采用电子电位差计选择2个温度校验点进行手工补偿纠正，还得扣除环境温度，因此不但麻烦而且精度差。

热电偶温度显示器将相应热电偶分度表按温度测量精度和范围分段线性逼近，一般分成6－15段即可满足普通工业精度要求，但还可以分成更多段，本发明再将每一分段温度点序列根据分段的长短取分段的头、中、尾3个或3个以上热电偶分度表中的温度点作为温度校验点，将各个分段按温度校验点数再分成小段，每一温度校验点占据一小段，每一小段对应一个误差补偿值，误差补偿值的生成是采用基于温度差的温度校验仪输出标准精度的两种温度校验毫伏信号，即热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势和热电偶冷端为环境温度的热电偶输出热电势，后者经热电偶温度显示器输入电路和Ａ／Ｄ转换器及冷端补偿的处理后，产生的测量温度值它与真实温度值之差即为误差补偿值，该误差补偿值存放到分段数据表中，以备现场温度测量时调出进行误差补偿纠正。

所述基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，而无需Ｄ／Ａ转换。其脉宽调制信号是由单片机的一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值细分成相等的步进值，并将步进值的步数的数字量作为定时器的初值，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各温度校验点一一对应。因此各温度校验点与定时器的设定值之间具有精确的对应关系，电路结构简单容易普及，并且各温度校验点的热电势毫伏值采用定时器设定值表示更为简单。所述基于温度差的温度校验仪还必须设一个采用铂电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度，再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将基于温度差的温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的所模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为温度校验毫伏信号输出。采用所述基于温度差的温度校验仪可以很方便很廉价地实现多温度校验点的智能校验。与现有热电偶温度显示器的仅选两点手工校验具有温度测量精度高的特点。分段数据表存放于非易失存储器中，分段数据表温度校验点数，依据所使用的温度范围对温度测量精度的要求设置。在温度测量现场实际使用时，由热电偶输出的温度毫伏信号查分段数据表得到ａｉ、ｂｉ参数经上述（1）式计算得到测量温度值再加上分段数据表中对应误差补偿值得到真实温度值。

（四）附图说明：

图1是一种热电偶温度显示器电路结构方框图。

（五）具体实施方式：

一种热电偶温度显示器，其电路结构如图1所示，它由输入电路1、Ａ／Ｄ转换器2、单片机3、冷端补偿电路4、非易失存储器5、ＬＥＤ显示器6、热电偶7组成，借助基于温度差的温度校验仪8用于生成分段数据表中的误差补偿值。其中输入电路1用于将热电偶输出的现场温度毫伏信号作滤波放大处理，清除各种高次谐波信号和常见的干扰，冷端补偿电路4用于测量环境温度，单片机3将冷端补偿电路4检测到的环境温度，查热电偶分度表得到环境温度毫伏信号，与热电偶输出的现场温度毫伏信号相加，幷经非线性纠正计算得到测量温度，再与对应误差补偿值相加得到的真实温度，送显示器6显示。

Claims (2)

1.一种热电偶温度显示器，其特征是：采用了基于温度差的温度校验仪来模拟热电偶的热电势，并用于在分段数据表中增加误差补偿项，该分段数据表是将相应热电偶分度表按温度测量精度和范围分段线性逼近，再将每一分段温度点序列根据分段的长短取分段的头、中、尾3个或3个以上热电偶分度表中的温度点作为温度校验点，将各个分段按温度校验点数再分成小段，每一温度校验点占据一小段，每一小段对应一个误差补偿值，误差补偿值的生成是采用基于温度差的温度校验仪输出标准精度的两种温度校验毫伏信号，即热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势和热电偶冷端为环境温度的热电偶输出热电势，后者经热电偶温度显示器输入电路和Ａ／Ｄ转换器及冷端补偿的处理后，产生的测量温度值它与真实温度值之差即为误差补偿值，该误差补偿值存放到分段数据表中，以备现场温度测量时调出进行误差补偿纠正；所述基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，而无需Ｄ／Ａ转换，其脉宽调制信号是由单片机的一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值细分成相等的步进值，并将步进值的步数的数字量作为定时器的初值，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各温度校验点一一对应，因此各温度校验点与定时器的设定值之间具有精确的对应关系，电路结构简单容易普及，并且各温度校验点的热电势毫伏值采用定时器设定值表示更为简单；所述基于温度差的温度校验仪还必须设一个采用铂电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度，再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将基于温度差的温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的所模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为温度校验毫伏信号输出，分段数据表温度校验点数，依据所使用的温度范围对温度测量精度的要求设置，在温度测量现场实际使用时，得到测量温度值再加上分段数据表中对应误差补偿值得到真实温度值。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度差的温度校验仪，其特征在于它包括：

输入电路、Ａ／Ｄ转换器、单片机、冷端补偿电路、非易失存储器、ＬＥＤ显示器、热电偶组成，并借助基于温度差的温度校验仪用于生成分段数据表中的误差补偿值。