CN103759851A - 一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法，包括如下步骤：a)预先采集热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据；b)对采集到的样本数据进行数据拟合得到热电阻采样值随温度的变化曲线作为热电阻采集模块的温度补偿曲线；c)实际测量时，热电阻采集模块获得热电阻采样值后，根据热电阻采集模块当前的环境温度，通过温度补偿曲线对热电阻采样值进行补偿。本发明提供的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，通过预先获取采集热电阻采集模块的热电阻采样值随温度的变化曲线，并在实际测量时利用该变化曲线进行温度补偿，从而减小热电阻采集模块在环境温度变化时造成的温度测量偏差，大大提高测量精度且不增加成本。

Description

一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种热电阻采样方法，尤其涉及一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法。

背景技术

在工业现场应用中广泛采用热电阻来测量温度，常见的热电阻有铜50，铜100，铂100，铂200，铂500，铂1000等。与其他温度测量传感器相比，热电阻传感器具有测量精度高和工作稳定的特点。当被测量物温度变化时，热电阻的电阻值随之发生变化，并且热电阻的电阻值与被测量温度有固定的对应关系，从而根据其电阻值可以精确获得被测温度值。

在热电阻温度测量***中，热电阻接入信号采集模块，由其模拟数字转换器把微小信号转换成数字信号，并计算为温度值，最后将此温度值传送到控制器。虽然热电阻本身有较高的测量精度，但在信号采集模块对信号进行转换的过程中，信号采集模块（特别是前置运算放大器和模拟数字转换芯片）会受到环境温度影响，从而对采样精度产生较大影响。

为了减小信号采样模块由于环境温度变化而受到的影响，有些采样模块采用低温度漂移的模拟数字转换芯片及***电路，这种方法可以有效降低环境温度对采样精度的影响，但大大增加了采样模块成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法，能够减小热电阻采集模块在环境温度变化时造成的温度测量偏差，大大提高测量精度且不增加成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法，包括如下步骤：a)预先采集热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据；b)对采集到的样本数据进行数据拟合得到热电阻采样值随温度的变化曲线，并将该变化曲线作为热电阻采集模块的温度补偿曲线；c)实际测量时，热电阻采集模块获得热电阻采样值后，根据热电阻采集模块当前的环境温度，通过温度补偿曲线对热电阻采样值进行补偿。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述步骤a)中对同一型号的多个热电阻采集模块进行数据采集并计算平均值作为该型号的热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述步骤a)中热电阻采集模块的测量值为每种热电阻随环境温度变化的电阻最大值，所述环境温度变化的范围为-20℃～70℃。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述步骤b)中对每种热电阻采样值进行数据拟合，得到各自热电阻采样值随温度的变化曲线。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述步骤c）中利用当前温度下读到的电阻值与25℃环境温度下的电阻值与补偿曲线上对应两点的比值相等的原理，来求得25℃环境温度下的电阻值，从而实现温度补偿。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述步骤b)中拟合后的温度补偿曲线为S=a+b*exp(c*x)，其中，S是热电阻采集模块对某种类型热电阻的采样值，x是热电阻采集模块当前的环境温度，a，b，c为温度补偿拟合参数。

上述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其中，所述热电阻为铜50、铜100、铂1000、铂500、铂200或铂100。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，通过预先获取采集热电阻采集模块的热电阻采样值随温度的变化曲线，并在实际测量时利用该变化曲线进行温度补偿，从而能够减小热电阻采集模块在环境温度变化时造成的温度测量偏差，大大提高测量精度且不增加成本。

附图说明

图1为本发明用于热电阻采集模块的温度补偿流程示意图；

图2为本发明热电阻采集模块的拟合曲线图；

图3为25℃条件下铂1000热电阻欧姆值与采样值的线性关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明用于热电阻采集模块的温度补偿流程示意图。

请参见图1，本发明提供的用于热电阻采集模块的温度补偿方法包括如下步骤：

步骤S1：预先采集热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据。由于考虑到不同类型热电阻输入电路的增益和采样信号范围的差异，热电阻采集模块的温度响应曲线会有所不同，为了最大限度地减小每种类型热电阻的测量误差，对各种类型热电阻分别进行数据采集和曲线拟合。同时，为了更精确地拟合误差曲线，需要对同一型号的多个热电阻采集模块样本进行数据采集，以获得数据的统计平均值。

本发明在样本数据采集过程中，主要采集下面两组数据：

1）模块实时环境温度值

用数字温度测量装置或模拟数字转换器芯片内部自带的温度传感器，可以获得从-20℃到70℃，或者从70℃到-20℃的实时温度读数。

2）热电阻实时采样值

在温度升高和降低过程中读取某一固定热电阻阻值的采样数据。

步骤S2：对采集到的样本数据进行数据拟合得到热电阻采样值随温度的变化曲线，并将该变化曲线作为热电阻采集模块的温度补偿曲线。曲线拟合可以根据需要选择不同类型的公式，如多阶多项式或指数等式，这取决于拟合曲线选择哪种模型。通过获取大量数据，选择恰当的数据处理工具，以及选择合适的数学模型，利用数学统计的方法，得到所有数据的平均值，最后获得一条补偿曲线。

步骤S3：实际测量时，热电阻采集模块获得热电阻采样值后，根据热电阻采集模块当前的环境温度，通过温度补偿曲线对热电阻采样值进行补偿。

下面针对不同类型的热电阻，给出一个具体的拟合公式：S=a+b*exp(c*x)，其中S是温度采样模块对某种类型热电阻的采样值，a，b，c温度补偿公式的三个参数，exp数学中e次方，x是测温模块在环境温度变化时，温度采集模块环境温度的读数。通过对数十个模块的数据获取和处理，获得了以上的补偿公式，此公式比较好的拟合了示例模块在环境温度变化过程中测量值随温度变化的趋势。如图2所示，横轴是测温模块在环境温度变化时，实时测得的环境温度原始值，纵轴是测温模块在温度变化过程中对某种类型热电阻的采样值折线是测温模块采样某种类型热电阻而得到的连线，中间曲线为某种类型热电阻的拟合曲线S=a+b*exp(c*x)，下面有每种类型拟合曲线的实例参数值。最后，在软件中使用此公式对测量值进行补偿，达到了热电阻测温补偿的预期。

本发明在-20℃到70℃条件下，通过实验获得了温度补偿公式的三个参数a，b，c，对于不同热电阻类型，它的补偿曲线有不同的参数。下面是本发明通过多次实验获得符合以上公式的不同热电阻类型的a，b，c参数的优选值。

类型铜50，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下:

a=4820.3729

b=4.26494E-07

c=0.00837248

以上参数决定了铜50的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)。

类型铜100，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下：

a=5577.09009

b=1.42485E-06

c=0.0078929

以上参数决定了铜100的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)。

类型铂1000，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下：

a=14884.9502

b=7.27018E-06

c=0.0079965

以上参数决定了铂1000的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)

类型铂500，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下：

a=7451.12060

b=5.4896E-07

c=0.0088453

以上参数决定了铂500的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)。

类型铂200，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下：

a=3067.46998

b=2.0817E-07

c=0.008888

以上参数决定了铂200的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)。

类型铂100，其补偿曲线参数a,b,c的拟合参数如下：

a=14894.56234

b=5.27493E-06

c=0.0078295

以上参数决定了铂100的拟合曲线：y=a+b*exp(c*x)。

下面结合实施例描述一下测量时的电阻推导方法。列举一种类型铂1000，其它类型铂100，铂200，铂500，铜100，铜50均是相同原理，在此不再一一赘述。

经验公式1：电阻在T温度与在25℃下采样值的差与在25℃下它的采样值的比率是A1，这个比率A1在测量温度范围内，对同一种类型铂1000是固定不变的。如下公式：

A1=（b*e(c*X(T))-b*e(c*X(25℃))）/(a+b*e(c*X(25℃)))；

其中，A1为比率；参数a，b，c来自铂1000给定参数值，请参考前面各种类型给定参数值；X(T)当模拟数字转换器工作在环境温度T℃时，它的内部温度模块实时读数；X(25℃)当模拟数字转换器工作在环境温度25℃时，它内部温度模块读数，参看后面校准第一步需要读取值。

经验公式2：对同一类型铂1000，在T℃和25℃采样值之差与25℃采样值比率如下：

A2=（S(T)-S(25℃)）/S(25℃)

其中，A2为比率；ST当铂1000电阻探测器在T℃时，模拟数字转换器对该热电阻的采样值；S(25℃)当铂1000电阻探测器在25℃时，模拟数字转换器对该热电阻的采样值。

以上两个比率A1和A2是相等的。因此获得下面等式：

(b*e(c*X(T))-b*e(c*X(25℃))）/(a+b*e(c*X(25℃)))=(S(T)-S(25℃))/S(25℃)；

在上面的等式中，等式左边的值可以从拟合曲线上得到，公式右边的S(T)为实际测量到的温度值，S(25℃)为需要测量的温度值从上面面的等式，就可以计算出在25℃下S(25℃)的采样值。

最后说明一下本发明的校准原理与温度计算，列举一种类型铂1000，其它相同，不再一一赘述。

测量电阻类型铂1000校准原理：在25℃条件下，校准的过程如下：

第一步获取模拟数字转换器的内部温度模块读数X(25℃)；

第二步采样3个确定电阻值：CalibPoint1=800Ω，CalibPoint2=1800Ω，CalibPoint3=3000Ω，它对应读取的采样值为：CalibPara1，CalibPara2，CalibPara3。

图3为25℃条件下铂1000热电阻欧姆值与采样值的线性关系示意图，横轴是模拟数字转换器对铂1000热电阻的采样值；纵轴是铂1000热电阻的欧姆值范围。

本发明采用两段直线近似校准法，采样值分别在两段直线上的情况如下：

1）当得到的电阻采样值在CalibPara1和CalibPara2之间，计算公式为校准公式1：

OHM(Ω)=(S(x)–CalibPara1)/(CalibPara2–CalibPara1)*(CalibPoint2–CalibPoint1)+CalibPoint1；其中，OHM(Ω)是铂1000热电阻的欧姆值，S(x)当模拟数字转换器工作在环境温度X℃时，它内部温度模块读数，此时为25℃条件下的采样值；CalibPara1，CalibPara2，CalibPara3是铂1000热电阻的三个欧姆值；CalibPoint1，CalibPoint2，CalibPoint3是模拟数字转换器对铂1000热电阻的采样值，分别对应以上的三个电阻值。

此S(x)=S(25℃)，将S(x)代入以上的等式，可以得到铂1000阻值OHM(Ω)。

2）当得到的电阻采样值在CalibPara2和CalibPara3之间，计算公式为校准公式2：

OHM(Ω)=(S(x)–CalibPara2)/(CalibPara3–CalibPara2)*(CalibPoint3–CalibPoint2)+CalibPoint2。

此S(x)=S(25℃)，将S(x)代入以上的等式，可以得到铂1000的阻值OHM(Ω)。

从上面的公式，就得到了在25℃条件下铂1000对应被测物的电阻值，然后通过“热电偶国际实用温标表”或“热电阻国际实用温标表”查表，获得铂1000电阻所测得温度值。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)预先采集热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据；

b)对采集到的样本数据进行数据拟合得到热电阻采样值随温度的变化曲线，并将该变化曲线作为热电阻采集模块的温度补偿曲线；

c)实际测量时，热电阻采集模块获得热电阻采样值后，根据热电阻采集模块当前的环境温度，通过温度补偿曲线对热电阻采样值进行补偿。

2.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤a)中对同一型号的多个热电阻采集模块进行数据采集并计算平均值作为该型号的热电阻采集模块的测量值随环境温度变化的样本数据。

3.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤a)中热电阻采集模块的测量值为每种热电阻随环境温度变化的电阻最大值，所述环境温度变化的范围为-20℃～70℃。

4.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤b)中对每种热电阻采样值进行数据拟合，得到各自热电阻采样值随温度的变化曲线。

5.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤c）中利用当前温度下读到的电阻值与25℃环境温度下的电阻值与补偿曲线上对应两点的比值相等的原理，来求得25℃环境温度下的电阻值，从而实现温度补偿。

6.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述步骤b)中拟合后的温度补偿曲线为S=a+b*exp(c*x)，其中，S是热电阻采集模块对某种类型热电阻的采样值，x是热电阻采集模块当前的环境温度，a，b，c为温度补偿拟合参数。

7.如权利要求1所述的用于热电阻采集模块的温度补偿方法，其特征在于，所述热电阻为铜50、铜100、铂1000、铂500、铂200或铂100。

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