CN115452179A - 一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于温度测量技术领域，公开一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，利用多通道实时自校准冷端温度测量电路进行测量，包括步骤：S100，测量各电阻式温度传感器的阻值；S200，测量校准电阻的阻值；S300，利用获得校准电阻的阻值，对各电阻式温度传感器的阻值进行校准，获取校准后的阻值；S400，对校准后的各电阻式温度传感器的阻值与温度对应关系，计算出当前温度各通道冷端温度。本发明能够提高采集精度和速率，适用于多通道热电偶采集***中的多通道冷端温度采集。

Description

一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法
技术领域
本发明属于温度采集技术领域，特别是涉及一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法。
背景技术
温度测量是生产和生活中一个必不可少的内容，温度参数属于一个物理量，该物理量不可以直接测量得到，只能通过对物质的某些特征值进行测量从而间接获得。利用热电偶测温是较为常用的方法。热电偶由两种不同成份的导体两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端。
热电偶输出的热电势是工作端所测温度的单值函数，通过查表法或拟合公式即可计算出对应的被测温度。查表法更为常用，分度表制表时以0℃为冷端温度。而在工程测温中，冷端温度常随工作环境温度而变化，这将会引入测量误差，因此必须进行冷端补偿，才能得到准确的温度测量值。目前冷端补偿方法很多，常用的方法是热电势修正法，将实际工况环境中的冷端温度通过温度传感器测量出来，然后由运算处理单元利用查表法得到该温度对应的热电势作为修正值，将测得的热电偶电势与此修正值相加即得到与被测温度对应的热电势。
利用热电偶测温时必需同时测量冷端温度，冷端测量精度同样决定测温***的整体精度。对于大于四通道的多通道热电偶测温***中的冷端温度测量来说，目前常用的方案一是利用数字温度传感器配合处理器直接获取温度值。数字温度传感器一般精度为±0.5℃，不适用于高精度测温***；该传感器测试绝对温度，准确度由出厂确定，使用时难以再次校准；使用时需要***电路不易于与接线端子集成。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，能够提高采集精度和速率，适用于多通道热电偶采集***中的多通道冷端温度采集。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，利用多通道实时自校准冷端温度测量电路进行测量，包括：多个电阻式温度传感器与多通道热电偶采集***的热电偶接线端子对应，用于对接线端子的温度感知；各电阻式温度传感器接入电子开关矩阵，电子开关矩阵连接至信号调理电路，信号调理电路连接至模数转换器；恒流源通过电子开关矩阵中开关后连接至电阻式温度传感器分组和校准电阻；校准电阻，接入电子开关矩阵；和参考电阻，接入模数转换器的参考端；包括步骤：
S100，测量各电阻式温度传感器的阻值；
S200，测量校准电阻的阻值；
S300，利用获得校准电阻的实际阻值，对各电阻式温度传感器的阻值进行校准，获取校准后的阻值；
S400，对校准后的各电阻式温度传感器的实际阻值与温度对应关系，计算出当前温度各通道冷端温度。
进一步的是，在所述步骤S100中，测量各电阻式温度传感器的阻值信号，包括步骤：
S101，控制电子开关矩阵实现恒流源流经多个电阻式温度传感器、参考电阻，然后流向地；
S102，保持电流流向不变，同时控制电子开关矩阵实现单个电阻式温度传感器两端引线连接至信号调理电路，将连通电阻式温度传感器的采集信号传递至信号调理电路；
S103，采集信号通过信号调理电路的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器；
S104，模数转换器以参考电阻两端电压为参考电压，通过比例式测量方式测得引线接入电压，处理器从模数转换器获取数据并计算接入电阻式温度传感器阻值；
S105，控制电子开关矩阵依次实现各电阻式温度传感器接入，根据各电阻式温度传感器个数重复执行S102~S104，依次得到各电阻式温度传感器阻值。
进一步的是，将多个电阻式温度传感器分为多组，每个分组中的各电阻式温度传感器相互串联；
在步骤S105中，控制电子开关矩阵依次实现当前组内各电阻式温度传感器接入，根据当前组的各电阻式温度传感器个数重复执行S102~S104依次得到本组电阻式温度传感器的阻值；
根据组数重复执行S102~S105依次得到所有电阻式温度传感器阻值。
进一步的是，在所述步骤S200中，测量校准电阻的阻值，包括步骤：
S201，控制电子开关矩阵实现恒流源流经校准电阻、参考电阻，然后流向地；
S202，保持电流流向不变，同时通过控制电子开关矩阵实现单个校准电阻两端引线连接至信号调理电路；
S203，信号通过信号调理电路的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器；
S204，模数转换器以参考电阻两端电压为参考电压，通过比例式测量方式测得引线接入电压，处理器从模数转换器获取数据并计算接入校准电阻阻值；
S205，控制电子开关矩阵依次实现第一校准电阻、第二校准电阻接入，通过重复执行S202~S204动作依次可得到第一校准电阻和第二校准电阻的阻值。
进一步的是，在所述步骤S300中，利用获得校准电阻的阻值，对各电阻式温度传感器的阻值进行校准，获取校准后的阻值，包括步骤：
S301，通过步骤S100测得的各电阻式温度传感器的阻值记为
Figure 649050DEST_PATH_IMAGE001
~
Figure 136663DEST_PATH_IMAGE002
，n为各电阻式 温度传感器的个数，通过步骤S200测得的校准电阻的阻值记为
Figure 814769DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 46030DEST_PATH_IMAGE004
；校准后的各电阻 式温度传感器的实际阻值记为R1~Rn，校准电阻预设实际值为
Figure 493192DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 902439DEST_PATH_IMAGE006
；
S302，由已知
Figure 802262DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 571635DEST_PATH_IMAGE008
两点，通过线性拟合确认采集电路测得阻值
Figure 138882DEST_PATH_IMAGE009
和实际阻值
Figure 968298DEST_PATH_IMAGE010
的对应关系式如下：
Figure 89838DEST_PATH_IMAGE011
将测得阻值
Figure 725219DEST_PATH_IMAGE001
~
Figure 84656DEST_PATH_IMAGE002
依次代入上述公式即可得实际阻值R1~Rn；经校准后得到全部 电阻式温度传感器的校准后的阻值。
采用本技术方案的有益效果：
本发明实现高精度冷端温度测量，也便于***内集成安装；将电阻式温度传感器分组串联并配合使用电子开关矩阵实现多通道同时测量；利用将高精度校准电阻永久接入配合电子开关矩阵组成自校准电路，定时循环完成电阻式温度传感器阻值采集、校准电阻阻值采集、阻值实时校准、温度计算，实现实时自校准功能，进一步提升采集精度。该发明特别适用于多通道热电偶采集***中的多通道冷端温度测量，同时也适用于一般的多通道电阻采集***或装置。
本发明消除了线电阻引入误差，实现高精度冷端温度测量；利用将高精度校准电阻永久接入配合电子开关矩阵和实现方法完成实时自校准，消除电路误差，进一步提升采集精度，可达±0.15℃。
本发明不受布线长度限制，便于与热电偶测试端子集成。
附图说明
图1 为本发明的一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法流程示意图；
图2 为本发明实施例中多通道实时自校准冷端温度测量电路的结构示意图。
其中：1为处理器，2为模数转换器，3为信号调理电路，4为恒流源，5为电子开关矩阵，6为电阻式温度传感器，7为第一校准电阻，8为第二校准电阻，9为参考电阻。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图2所示，利用多通道实时自校准冷端温度测量电路进行测量，包括：多个电阻式温度传感器6与多通道热电偶采集***的热电偶接线端子对应，用于对接线端子的温度感知；各电阻式温度传感器6接入电子开关矩阵5，电子开关矩阵5连接至信号调理电路3，信号调理电路3连接至模数转换器2；恒流源4通过电子开关矩阵5中开关后连接至电阻式温度传感器6分组和校准电阻；校准电阻，接入电子开关矩阵5；和参考电阻9，接入模数转换器2的参考端。
如图1所示，本发明提出了一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，包括步骤：
S100，测量各电阻式温度传感器6的阻值；
S200，测量校准电阻的阻值；
S300，利用获得校准电阻的阻值，对各电阻式温度传感器6的阻值进行校准，获取校准后的阻值；
S400，对校准后的各电阻式温度传感器6的阻值与温度对应关系，计算出当前温度各通道冷端温度。
作为上述实施例的优化方案，在所述步骤S100中，测量各电阻式温度传感器6的阻值信号，包括步骤：
S101，控制电子开关矩阵5实现恒流源4流经多个电阻式温度传感器6、参考电阻9，然后流向地；
S102，保持电流流向不变，同时控制电子开关矩阵5实现单个电阻式温度传感器6两端引线连接至信号调理电路3，将连通电阻式温度传感器6的采集信号传递至信号调理电路3；
S103，采集信号通过信号调理电路3的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器2；
S104，模数转换器2以参考电阻9两端电压为参考电压，通过比例式测量方式测得引线接入电压，处理器1从模数转换器2获取数据并计算接入电阻式温度传感器6阻值；
S105，控制电子开关矩阵5依次实现各电阻式温度传感器6接入，根据各电阻式温度传感器6个数重复执行S102~S104，依次得到各电阻式温度传感器6阻值。
作为上述实施例的优化方案，将多个电阻式温度传感器6分为多组，每个分组中的各电阻式温度传感器6相互串联。如图2中所示R1、R2、R3、R4为一个分组
S101，控制电子开关矩阵5实现恒流源4流经连接线例如：AN0、多个电阻式温度传 感器6构成的分组例如R1、R2、R3、R4、参考电阻9
Figure 881710DEST_PATH_IMAGE012
，然后流向地；
S102，保持电流流向不变，同时控制电子开关矩阵5实现单个电阻式温度传感器6两端引线例如：AN1、AN2连接至信号调理电路3，将连通电阻式温度传感器6的采集信号传递至信号调理电路3；
S103，采集信号通过信号调理电路3的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器2；
S104，模数转换器2以参考电阻9
Figure 756126DEST_PATH_IMAGE012
两端电压为参考电压，通过比例式测量方式 测得引线接入电压，处理器1从模数转换器2获取数据并计算接入电阻式温度传感器6阻值；
S105，控制电子开关矩阵5依次实现该分组中各电阻式温度传感器6R1、R2、R3、R4接入，根据各电阻式温度传感器6个数重复执行S102~S104，依次得到各电阻式温度传感器6R1、R2、R3、R4阻值。
控制电子开关矩阵5实现恒流源4流经连接线例如：AN6、电阻式温度传感器6分组 例如：R5、R6、R7、R8、参考电阻9
Figure 116569DEST_PATH_IMAGE012
，然后流向地。通过重复执行S102~S104依次可得到R5、 R6、R7、R8阻值。
作为上述实施例的优化方案，在所述步骤S200中，测量校准电阻的阻值，包括步骤：
S201，控制电子开关矩阵5实现恒流源4流经连接线例如：AN12、校准电阻
Figure 392829DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 360785DEST_PATH_IMAGE014
、 参考电阻9
Figure 660179DEST_PATH_IMAGE012
，然后流向地；
S202，保持电流流向不变，同时通过控制电子开关矩阵5实现单个校准电阻两端引线连接至信号调理电路3；
S203，信号通过信号调理电路3的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器2；
S204，模数转换器2以参考电阻9
Figure 637363DEST_PATH_IMAGE012
两端电压为参考电压，通过比例式测量方式 测得引线接入电压，处理器1从模数转换器2获取数据并计算接入校准电阻阻值；
S205，控制电子开关矩阵5依次实现第一校准电阻7
Figure 502551DEST_PATH_IMAGE015
、第二校准电阻8
Figure 844670DEST_PATH_IMAGE016
接入， 通过重复执行S202~S204动作依次可得到第一校准电阻7
Figure 693677DEST_PATH_IMAGE015
和第二校准电阻8
Figure 208972DEST_PATH_IMAGE016
的阻值。
作为上述实施例的优化方案，在所述步骤S300中，利用获得校准电阻的阻值，对各电阻式温度传感器6的阻值进行校准，获取校准后的阻值，包括步骤：
S301，通过步骤S100测得的各电阻式温度传感器6的阻值记为
Figure 131929DEST_PATH_IMAGE017
，n为各电阻 式温度传感器6的个数，通过步骤S200测得的校准电阻的阻值记为
Figure 441688DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 777991DEST_PATH_IMAGE004
；校准后的各 电阻式温度传感器6的实际阻值记为R1~Rn，校准电阻预设实际值为
Figure 785393DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 890752DEST_PATH_IMAGE016
；
第一校准电阻7为用于校准满量程的高精度电阻
Figure 574674DEST_PATH_IMAGE015
=2kΩ，所述第二校准电阻8为 用于校准零点的高精度电阻
Figure 398274DEST_PATH_IMAGE016
=1kΩ。
S302，由已知
Figure 989792DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 887341DEST_PATH_IMAGE019
两点，通过线性拟合确认采集电路测得阻值
Figure 70060DEST_PATH_IMAGE020
和实际阻值R的对应关系式如下：
Figure 53060DEST_PATH_IMAGE011
将测得阻值
Figure 448269DEST_PATH_IMAGE017
依次代入上述公式即可得实际阻值R1~Rn；经校准后得到全部 电阻式温度传感器6的校准后的阻值。
作为上述实施例的优化方案，在所述步骤S400中，通过选型电阻式温度传感器6阻值和温度的对应关系，由处理器1计算出当前8通道的冷端温度，例如1.097347kΩ对应25℃。
定时1秒循环执行步骤S100至S400，实现8通道实时自校准冷端温度采集。
本发明实现高精度冷端温度测量，也便于***内集成安装；利用将RTD分组串联并配合使用电子开关矩阵5实现多通道同时测量；利用将高精度校准电阻永久接入配合电子开关矩阵5组成自校准电路，定时循环完成RTD阻值采集、校准电阻阻值采集、阻值实时校准、温度计算，实现实时自校准功能，进一步提升采集精度。该发明特别适用于多通道热电偶采集***中的多通道冷端温度测量，同时也适用于一般的多通道电阻采集***或装置。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，其特征在于，利用多通道实时自校准冷端温度测量电路进行测量，包括：多个电阻式温度传感器（6）与多通道热电偶采集***的热电偶接线端子对应，用于对接线端子的温度感知；各电阻式温度传感器（6）接入电子开关矩阵（5），电子开关矩阵（5）连接至信号调理电路（3），信号调理电路（3）连接至模数转换器（2）；恒流源（4）通过电子开关矩阵（5）中开关后连接至电阻式温度传感器（6）分组和校准电阻；校准电阻，接入电子开关矩阵（5）；和参考电阻（9），接入模数转换器（2）的参考端；包括步骤：
S100，测量各电阻式温度传感器（6）的阻值；
S200，测量校准电阻的阻值；
S300，利用获得的校准电阻阻值，对各电阻式温度传感器（6）的阻值进行校准，获取校准后的实际阻值；
S400，对校准后的各电阻式温度传感器（6）的实际阻值与温度对应关系，计算出当前温度各通道冷端温度。
2.根据权利要求1所述的一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，其特征在于，在所述步骤S100中，测量各电阻式温度传感器（6）的阻值信号，包括步骤：
S101，控制电子开关矩阵（5）实现恒流源（4）流经多个电阻式温度传感器（6）、参考电阻（9），然后流向地；
S102，保持电流流向不变，同时控制电子开关矩阵（5）实现单个电阻式温度传感器（6）两端引线连接至信号调理电路（3），将连通电阻式温度传感器（6）的采集信号传递至信号调理电路（3）；
S103，采集信号通过信号调理电路（3）的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器（2）；
S104，模数转换器（2）以参考电阻（9）两端电压为参考电压，通过比例式测量方式测得引线接入电压，处理器（1）从模数转换器（2）获取数据并计算接入电阻式温度传感器（6）阻值；
S105，控制电子开关矩阵（5）依次实现各电阻式温度传感器（6）接入，根据各电阻式温度传感器（6）个数重复执行S102~S104，依次得到各电阻式温度传感器（6）阻值。
3.根据权利要求2所述的一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，其特征在于，将多个电阻式温度传感器（6）分为多组，每个分组中的各电阻式温度传感器（6）相互串联；
在步骤S105中，控制电子开关矩阵（5）依次实现当前组内各电阻式温度传感器（6）接入，根据当前组的各电阻式温度传感器（6）个数重复执行S102~S104依次得到本组电阻式温度传感器（6）的阻值；
根据组数重复执行S102~S105依次得到所有电阻式温度传感器（6）阻值。
4.根据权利要求1所述的一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，其特征在于，在所述步骤S200中，测量校准电阻的阻值，包括步骤：
S201，控制电子开关矩阵（5）实现恒流源（4）流经校准电阻、参考电阻（9），然后流向地；
S202，保持电流流向不变，同时通过控制电子开关矩阵（5）实现单个校准电阻两端引线连接至信号调理电路（3）；
S203，信号通过信号调理电路（3）的滤波、放大后通过引线连接至模数转换器（2）；
S204，模数转换器（2）以参考电阻（9）两端电压为参考电压，通过比例式测量方式测得引线接入电压，处理器（1）从模数转换器（2）获取数据并计算接入校准电阻阻值；
S205，控制电子开关矩阵（5）依次实现第一校准电阻（7）、第二校准电阻（8）接入，通过重复执行S202~S204动作依次可得到第一校准电阻（7）和第二校准电阻（8）的阻值。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种多通道实时自校准的热电偶冷端温度测量方法，其特征在于，在所述步骤S300中，利用获得校准电阻的实际阻值，对各电阻式温度传感器（6）的实际阻值进行校准，获取校准后的阻值，包括步骤：
S301，通过步骤S100测得的各电阻式温度传感器（6）的阻值记为
Figure 475013DEST_PATH_IMAGE001
~
Figure 297476DEST_PATH_IMAGE002
，n为各电阻式 温度传感器（6）的个数，通过步骤S200测得的校准电阻的阻值记为
Figure 830088DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 232251DEST_PATH_IMAGE004
；校准后的各 电阻式温度传感器（6）的实际阻值记为R1~Rn，校准电阻预设实际值为
Figure 901129DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 160072DEST_PATH_IMAGE006
；
S302，由已知
Figure 117664DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 120255DEST_PATH_IMAGE008
两点，通过线性拟合确认采集电路测得阻值
Figure 643640DEST_PATH_IMAGE009
和实 际阻值
Figure 276747DEST_PATH_IMAGE010
的对应关系式如下：
Figure 783952DEST_PATH_IMAGE011
将测得阻值
Figure 511605DEST_PATH_IMAGE001
~
Figure 420655DEST_PATH_IMAGE002
依次代入上述公式即可得实际阻值R1~Rn；经校准后得到全部电阻 式温度传感器（6）的校准后的阻值。
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