CN111637983B - 一种电阻型温度传感器的检测***及方法 - Google Patents

一种电阻型温度传感器的检测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电阻型温度传感器的检测***及方法，包括：分压电阻、传感器电阻、温度箱、温度采集器件及微处理器；分压电阻的两端分别与电源和传感器电阻的一端相连；微处理器的输入端与传感器电阻的一端及温度采集器件相连；传感器电阻与温度采集器件置于温度箱中；分压电阻和传感器电阻对电源电压进行分压产生分压信号并发送至微处理器；温度采集器件用于采集温度箱中的温度，并将温度发送至微处理器；微处理器用于根据分压信号计算传感器电阻的测量电阻值，以及根据温度计算传感器电阻的理论电阻值，然后计算测量电阻值与理论电阻值间的误差，并根据误差判断所述传感器电阻是否合格。本发明的技术方案能够快速检测温度传感器的性能。

Description

一种电阻型温度传感器的检测***及方法
技术领域
本发明实施例涉及传感器检测技术领域，尤其涉及一种电阻型温度传感器的检测***及方法。
背景技术
随着机械自动化的快速发展，电阻型温度传感器得到了广泛的应用。合格的电阻型温度传感器可以准确的监测环境的温度，从而根据温度的变化实现准确的自动化处理。因此，对电阻型温度传感器性能的检测显得尤为重要。
现有技术仅用于解决传感器温度敏感度低，精度难于提高的问题，并不能检测传感器的性能，且不能快速判断传感器是否失效。
发明内容
本发明实施例提供一种电阻型温度传感器的检测***及方法，可以实现对电阻型温度传感器性能的准确检测。
第一方面，本发明实施例提供了一种电阻型温度传感器的检测***，包括：分压电阻、传感器电阻、温度箱、温度采集器件及微处理器；
所述分压电阻的一端与电源相连，另一端与所述传感器电阻的一端相连；所述传感器电阻的另一端接地；所述微处理器的输入端分别与所述传感器电阻的一端及所述温度采集器件相连；所述传感器电阻与所述温度采集器件放置于所述温度箱中；
所述分压电阻和所述传感器电阻对电源电压进行分压产生分压信号，并将所述分压信号发送至所述微处理器；所述温度箱用于调节所传感器电阻周围的温度；所述温度采集器件用于采集所述温度箱中的温度，并将所述温度发送至所述微处理器；
所述微处理器用于根据所述分压信号计算所述传感器电阻的测量电阻值，以及根据所述温度计算传感器电阻的理论电阻值；计算所述测量电阻值与所述理论电阻值间的误差，并根据所述误差判断所述传感器电阻是否合格。
进一步地，所述电阻型温度传感器的检测***还包括信号处理电路；所述信号处理电路的输入端与所述传感器电阻的一端相连，输出端与所述微处理器的输入端相连；
所述信号处理电路用于对所述分压信号进行处理，并将处理后的分压信号发送至所述微处理器。
进一步地，所述信号处理电路包括：限流电阻；所述限流电阻的一端与所述传感器电阻的一端相连，另一端与所述微处理器的输入端相连。
进一步地，所述信号处理电路还包括：滤波电容；所述滤波电容的一端与电源相连，另一端与所述微处理器的输入端相连。
进一步地，所述信号处理电路还包括：过压保护二极管；所述过压保护二极管的负极与电源相连，正极与所述微处理器的输入端相连。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电阻型温度传感器的检测方法，应用于第一方面所述的***中，包括：
获取传感器电阻在不同温度下的分压信号；
对于每个温度，根据所述分压信号计算所述传感器电阻在当前温度下的测量电阻值；
计算所述传感器电阻在当前温度下的理论电阻值；
计算所述测量电阻值和所述理论电阻值的误差，并根据所述误差判断所述传感器电阻是否合格。
本发明实施例通过采用分压电阻和传感器电阻对电源电压进行分压产生分压信号，并将分压信号发送至微处理器，同时利用温度箱调节传感器电阻周围的温度，将温度采集器件采集到的温度箱中的温度发送至微处理器，使微处理器根据分压信号计算传感器电阻的测量电阻值，以及根据温度计算传感器电阻的理论电阻值，最后计算测量电阻值与理论电阻值间的误差，并根据误差判断传感器电阻是否合格，实现了快速检测温度传感器的性能，准确判断传感器是否失效的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种电阻型传感器检测***的结构示意图；
图2a为本发明实施例二提供的一种信号处理电路的原理图；
图2b为本发明实施例二提供的一种电阻型温度传感器的结构示意图；
图2c为本发明实施例二提供的一种传感器电阻值与温度的关系曲线示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种电阻型传感器检测方法的流程图。
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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电阻型传感器检测***的结构示意图，本实施例可适用于对电阻型温度传感器进行检测的情况。
如图1所示，电阻型温度传感器的检测***包括：分压电阻111、传感器电阻121、温度箱120、温度采集器件122及微处理器140；
分压电阻111的一端与电源130相连，另一端与传感器电阻121的一端相连；传感器电阻121的另一端接地；微处理器140的输入端分别与传感器电阻121的一端及温度采集器件122相连；传感器电阻121与温度采集器件122放置于温度箱120中。
在本实施例中，分压电阻111与传感器电阻121相连组成采样电路，分压电阻111为固定值，传感器电阻121的电阻值随着温度的变化而变化，传感器电阻121的另一端接地。
分压电阻111和传感器电阻121对电源130电压进行分压产生分压信号，并将分压信号发送至微处理器140；温度箱120用于调节所传感器电阻121周围的温度；温度采集器件122用于采集温度箱120中的温度，并将温度发送至微处理器140。
在本实施例中，分压信号为不同温度下分别对应的电压信号，温度箱120通过温度采集器件122读取温度值，输出给微处理器140，典型的，温度采集器件可选用热电偶，用于对温度箱温度进行标定，并将温度信号发送至微处理器140。
微处理器140用于根据分压信号计算传感器电阻121的测量电阻值，以及根据温度计算传感器电阻121的理论电阻值；计算测量电阻值与理论电阻值间的误差，并根据误差判断传感器电阻121是否合格。
在本实施例中，传感器电阻121可以是是由负温度系数(NTC)热敏电阻半导体材料或者正温度系数(PTC)热敏电阻半导体材料制成。示例性的，对于由正温度系数(PTC)热敏电阻半导体材料制成的传感器电阻121，其理论电阻值的计算公式为：
Rs＝RM+R0(1+αT+βT2),
式中，Rs为传感器电阻121的理论电阻值，RM为传感器电阻121内部的端子及线缆的电阻值，R0为传感器电阻121在0℃时的电阻值，α和β是常量。
示例性的，对于由负温度系数(PTC)热敏电阻半导体材料制成的传感器电阻121，其理论电阻值的计算公式为：
Figure BDA0002516015320000051
式中，RT为在规定温度为T时传感器电阻121的理论电阻值，RN为传感器电阻121在额定温度TN时的电阻值，B是一个常量。
传感器电阻121的测量电阻值的计算公式为：
Figure BDA0002516015320000052
式中，R2为传感器电阻121的测量电阻值，Vs为分压信号的电压值，Vcc为电源130的电压值，R1为分压电阻111的电阻值。
在本实施例中，通过调节温度箱120内的温度，传感器电阻121的电阻值随温度发生变化，分压信号因此产生不同温度下对应的电压值，微处理器140接收到分压信号与温度采集器件122送来的温度信号，从而利用公式计算得到不同温度下的传感器电阻121的理论电阻值与测量电阻值，并计算理论电阻值与测量电阻值之差，判断误差是否在允许的范围之内。若误差在设定阈值范围内，则传感器电阻121合格，否则，不合格。
本实施例中，为了准确检测传感器电阻在不同温度下的性能，温度的调节量程在-40℃-900℃。
本发明实施例通过采用分压电阻和传感器电阻对电源电压进行分压产生分压信号，并将分压信号发送至微处理器，同时利用温度箱调节传感器电阻周围的温度，将温度采集器件采集到的温度箱中的温度发送至微处理器，使微处理器根据分压信号计算传感器电阻的测量电阻值，以及根据温度计算传感器电阻的理论电阻值，最后计算测量电阻值与理论电阻值间的误差，并根据误差判断传感器电阻是否合格，实现了快速检测温度传感器的性能，准确判断传感器是否失效的效果。
实施例二
图2a为本发明实施例二提供的一种电阻型温度传感器的检测***的结构示意图，如图2a所示，该***还包括信号处理电路110，本实施例在上述实施例的基础上进一步说明，提供了信号处理电路110的工作原理，下面结合图2a对本实施例二提供的一种信号处理电路110进行说明。
信号处理电路110的输入端与传感器电阻121的一端相连，输出端与微处理器140的输入端相连；
信号处理电路110用于对分压信号进行处理，并将处理后的分压信号发送至微处理器140。信号处理电路110用于对分压信号进行保护，分压信号为不同温度下分别对应的电压信号。
如图2a所示，信号处理电路110包括如下至少一种：分压电阻111，限流电阻112，滤波电容113和过压保护二极管114。
信号处理电路110包括：限流电阻112；限流电阻112的一端与传感器电阻121的一端相连，另一端与微处理器140的输入端相连。用于对分压信号进行限流。
在本实施例中，限流电阻112与传感器电阻121组成了分压电路，用于产生分压信号送入微处理器140。
信号处理电路110还包括：滤波电容113；滤波电容113的一端与电源130相连，另一端与微处理器140的输入端相连。用于对分压信号进行滤波。
信号处理电路还包括：过压保护二极管114；过压保护二极管114的负极与电源130相连，正极与微处理器140的输入端相连。
图2b为本发明实施例二提供的一种传感器电阻的结构示意图，如图2b所示，传感器电阻121包括核心芯片210，电缆220，接插件230。
在本实施例中，核心芯片210内部为温度敏感元件。温度敏感元件分为两种：(1)负温度系数(NTC)温度敏感元件，由负温度系数(NTC)的热敏半导体材料构成，表现为温度越低，电阻越大，温度越高，电阻越小；(2)正温度系数(PTC)温度敏感元件，由正温度系数(PTC)的热敏半导体材料构成，表现为温度越高，电阻越大，温度越低，电阻越小。
在检测过程中，温度箱120内的温度恒定，温度采集器件122采集温度箱120内的温度并把采集到的温度送入微处理器140。可选的是，本发明实施例中的温度采集器件122采用热电偶，不需要额外的传感器，从而降低了成本。
图2c为本发明实施例二提供的一种传感器电阻与温度的关系曲线。典型地，本发明实施例中传感器电阻121内部核心芯片使用了正温度系数(PTC)温度敏感元件，也就是说传感器电阻121的电阻值随温度的升高而变大。在保证温度恒定的条件下，通过温度采集器件122测量并把温度信号送入微处理器140，由微处理器140计算该温度下的理论电阻值；通过限流电阻112与传感器电阻121组成的分压电路，微处理器140读取分压信号，计算出测量电阻值；通过调节温度箱120的温度，绘制出传感器电阻121的测量电阻值与温度的关系曲线，并与理论电阻值与温度的关系曲线进行比较，判断误差是否在允许的范围之内。
示例性的，表1是本发明实施例中一种温度传感器的温度-电阻特性表。
表1
Figure BDA0002516015320000081
Figure BDA0002516015320000091
本发明实施例在对温度传感器进行检测的过程中利用温度箱120保持每个测试点的温度恒定，避免了温度的波动对测试精度的影响，保证了检测的可靠性和精确性。检测***中采用温度箱120和温度采集器件122，实现对传感器温度的精确控制，从而提高了检测的精度。本发明不需要额外的传感器，只有一个温度采集器件122，从而降低了成本。在检测过程中，仅需要读取温度传感器电压采样值和温度箱120的值，检测装置简单。软件设计中，不涉及上位机控制，简单易行。因此本发明非常有利于工程实现及应用推广。本发明实施例提供的电阻型温度传感器的检测***，还包括信号处理电路，信号处理电路对分压信号进行保护，可以提高检测***的安全性。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种电阻型温度传感器的检测方法流程图，本方法可适用于对电阻型温度传感器进行检测的情况，可以由上述任一实施例中提供的电阻型传感器检测***来执行。
本方法具体包括如下步骤：
步骤S310、获取传感器电阻在不同温度下的分压信号。
其中，分压信号是由分压电阻和传感器电压对电源电压分压获得的。本实施例中，获取传感器电阻在不同温度下的分压信号的方式可以是，首先控制温度箱产生不同的恒定温度，然后采集传感器电阻分别在各恒定温度下的分压信号。
步骤S320、对于每个温度，根据分压信号计算传感器电阻在当前温度下的测量电阻值。
其中，传感器电阻在当前温度下的测量电阻值的计算公式为：
Figure BDA0002516015320000101
式中，R2为传感器电阻121的测量电阻值，Vs为分压信号的电压值，Vcc为电源130的电压值，R1为分压电阻111的电阻值。
步骤S330、计算传感器电阻在当前温度下的理论电阻值；
对于由正温度系数(PTC)热敏电阻半导体材料制成的传感器电阻，其理论电阻值的计算公式为：
Rs＝RM+R0(1+αT+βT2),
式中，Rs为传感器电阻121的理论电阻值，RM为传感器电阻121内部的端子及线缆的电阻值，R0为传感器电阻121在0℃时的电阻值，α和β是常量。
对于由负温度系数(PTC)热敏电阻半导体材料制成的传感器电阻，其理论电阻值的计算公式为：
Figure BDA0002516015320000102
式中，RT为在规定温度为T时传感器电阻121的理论电阻值，RN为传感器电阻121在额定温度TN时的电阻值，B是一个常量。
步骤S340、计算测量电阻值和理论电阻值的误差，并根据误差判断传感器电阻是否合格。
具体的，将测量电阻值和理论电阻值做差，获得两者的误差。
其中，若误差超过设定阈值范围，则传感器电阻不合格；否则，传感器合格。
本实施例的技术方案为：获取传感器电阻在不同温度下的分压信号；对于每个温度，根据分压信号计算传感器电阻在当前温度下的测量电阻值；计算传感器电阻在当前温度下的理论电阻值；计算测量电阻值和理论电阻值的误差，并根据误差判断传感器电阻是否合格。本实施例实现了快速检测温度传感器的性能，准确判断传感器是否失效的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种电阻型温度传感器的检测***，其特征在于，包括：分压电阻、传感器电阻、温度箱、温度采集器件、信号处理电路及微处理器；
所述分压电阻的一端与电源相连，另一端与所述传感器电阻的一端相连；所述传感器电阻的另一端接地；所述微处理器的输入端分别与所述传感器电阻的一端及所述温度采集器件相连；所述传感器电阻与所述温度采集器件放置于所述温度箱中；
所述分压电阻和所述传感器电阻对电源电压进行分压产生分压信号，并将所述分压信号发送至所述微处理器；所述温度箱用于调节所述传感器电阻周围的温度；所述温度采集器件用于采集所述温度箱中的温度，并将所述温度发送至所述微处理器；
所述温度采集器件选用热电偶；
所述微处理器用于根据所述分压信号计算所述传感器电阻的测量电阻值，以及根据所述温度计算传感器电阻的理论电阻值；计算所述测量电阻值与所述理论电阻值间的误差，并根据所述误差判断所述传感器电阻是否合格；
所述信号处理电路的输入端与所述传感器电阻的一端相连，输出端与所述微处理器的输入端相连；
所述信号处理电路用于对所述分压信号进行处理，并将处理后的分压信号发送至所述微处理器；
所述信号处理电路包括：过压保护二极管；所述过压保护二极管的负极与电源相连，正极与所述微处理器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述信号处理电路包括：限流电阻；所述限流电阻的一端与所述传感器电阻的一端相连，另一端与所述微处理器的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述信号处理电路还包括：滤波电容；所述滤波电容的一端与电源相连，另一端与所述微处理器的输入端相连。
4.一种电阻型温度传感器的检测方法，其特征在于，所述方法由权利要求1-3任一所述的***执行，包括：
获取传感器电阻在不同温度下的分压信号；
对于每个温度，根据所述分压信号计算所述传感器电阻在当前温度下的测量电阻值；
计算所述传感器电阻在当前温度下的理论电阻值；
计算所述测量电阻值和所述理论电阻值的误差，并根据所述误差判断所述传感器电阻是否合格。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取传感器电阻在不同温度下的分压信号，包括：
控制温度箱产生不同的恒定温度；
采集传感器电阻分别在各恒定温度下的分压信号。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述分压信号计算所述传感器电阻在当前温度下的测量电阻值按照如下公式计算：
Figure FDA0003353793500000021
其中R2为测量电阻值，Vs为分压信号，Vcc为电源电压，R1为分压电阻值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述传感器电阻在当前温度下的理论电阻值，包括：
根据温度传感器的温度与电阻值的理论关系式计算所述传感器电阻在当前温度下的理论电阻值。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述误差判断所述传感器电阻是否合格，包括：
若所述误差超过设定阈值范围，则所述传感器电阻不合格；否则，所述传感器合格。
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