CN1598509A - 一种温湿度巡检测量仪和其中铂热电阻误差修正方法 - Google Patents

Abstract

一种温湿度巡检测量仪，包括通道选择电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路和USB总线接口模块，多个被测量元件，其中每一个经通道选择电路和恒流源电路构成回路，其中每一个被测量元件两端的电压经通道选择电路输入到信号放大电路放大，再经A/D转换电路转换成数字信号，输入到USB总线接口模块的数据输入端，该接口模块输出选通道控制信号到通道选择电路，USB总线接口模块的USB接口接外接计算机的USB接口。本发明直接与外接计算机连接和控制，由外接计算机直接储存测量数据，进行测量数据分析、数据管理等，本发明还提供铂热电阻误差修正方法，以达到使用廉价的传感器，仍能保证较高的温湿度测量精度。

Description

一种温湿度巡检测量仪和其中铂热电阻误差修正方法

技术领域

本发明涉及一种温湿度测量仪，特别涉及一种微机控制的温湿度巡检测量仪和其中铂热电阻温度传感器误差修正方法。

背景技术

目前市场上的温湿度测量仪大多数是基于单片微机的智能型仪表，一般没有修正传感器给测量带来的误差，采用上下位机的结构，测量仪表通过RS-232或加上485与上位机连接，主要应用于现场工业测控。计量部门、环境测试部门的测量人员携带基于单片微机的智能型温湿度仪表外出作业，一般采取两种方法，一种是手工记录测量数据或利用仪表自带的微型打印机打印测量数据；另一种是将测量数据暂时储存在智能仪表里，如果仪表有储存功能的话，回到办公室后再把测量数据传送到外接计算机，如PC个人计算机，做进一步的测量数据分析工作，如果测量数据较多，则智能仪表有限的储存空间就无能为力了。另外，当测量精度要求较高时，必须使用价格昂贵的高精度传感器。普通廉价的传感器，例如，B级PT100铂热电阻传感器出厂时在0℃、200℃及-100℃的容许误差分别为±0.12Ω、±0.48Ω及±0.32Ω，换算成温度约±0.3℃、±1.3℃及±0.8℃。可见，市面上基于单片微机的一般智能型仪表，尽管其显示精度可能较高，但是由于没有修正传感器给测量带来的误差，使用者不得不购买价格昂贵的高精度传感器，如果测量仪有24通道，购买24只价格昂贵的传感器，对使用者来说是一笔不小的开支。

发明内容

本发明的目的是提出一种直接与外接计算机连接，由外接计算机直接储存测量数据，进行测量数据分析、数据管理：如查询、打印、删除、备份等，并由外接计算机直接控制的温湿度巡检测量仪。

本发明的另一目的是提出一种温湿度巡检测量仪中铂热电阻温度传感器的误差修正方法。

为实现上述目的，本发明的一个方案是提供一种温湿度巡检测量仪，包括通道选择电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路和USB总线接口模块，多个被测量元件，其中每一个被测量元件经通道选择电路和恒流源电路构成回路，其中每一个被测量元件两端的电压经通道选择电路输入到信号放大电路放大，再经A/D转换电路转换成数字信号，输入到USB总线接口模块的数据输入端，所述的USB总线接口模块的数据输出端输出选通道控制信号，并输入到通道选择电路的通道选通控制端，所述的USB总线接口模块的USB接口接外接计算机的USB接口。通过外接计算机控制所述的USB总线接口模块的数据输出端输出不同的选通道控制信号，轮流选通每一个被测量元件所在的通道，从而，所述的多个被测量元件，其两端的电压轮流输入到信号放大电路放大。外接计算机可以选用PC个人计算机，特别可以使用手提电脑。

所述的多个被测量元件，其中一个可以是阻值不随温度变化而改变的精密线绕电阻，其余为阻值随温度变化而改变的铂热电阻温度传感器。

所述的A/D转换电路可以包括A/D转换芯片和计数器，A/D转换芯片的CLK时钟信号与BUSY忙信号进行逻辑与操作后，作为计数脉冲输入到计数器的时钟输入端，以便对BUSY输出信号高电平的宽度进行计数，所述计数器输出的计数值作为A/D转换电路转换成的数字信号。

本发明的另一个方案是提供一种温湿度巡检测量仪中铂热电阻温度传感器的误差修正方法，该方法包括下列步骤：

检测本通道预置的铂热电阻0℃电阻标称值R₀’及100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’，

若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按照公式：

R_t＝R_t’(R₀/R₀’)

其中：R₀为0℃时的标准电阻值，

      R₀’为0℃时的电阻标称值；

求出经修正的铂热电阻标准值R_t，再按照标准铂热电阻分度表换算出对应温度；

若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’不等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按本通道的铂热电阻专用分度表换算出对应温度；

若0℃电阻标称值R₀’等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按照标准铂热电阻分度表换算出对应温度。

其中，所述的本通道的铂热电阻专用分度表按照下述步骤获得：首先，按照公式：

A’＝(W₁₀₀’-1-B×100²)/100

其中：W₁₀₀’为本通道的铂热电阻100℃电阻与0℃电阻的标称比值，

      B为已知常数，

获取修正后的常数A’的值，

然后：

当温度在-100℃～0℃范围内，按公式

R_t’＝R₀’[1+A’t+Bt²+Ct³(t-100)]

其中：R₀’为本通道的铂热电阻0℃时的电阻标称值，

      A’为所述的修正后的常数，

      B为已知常数，

      C为另一已知常数，

当温度在0℃～250℃范围内，按公式

R_t’＝R₀’(1+A’t+Bt²)

其中：R₀’为本通道的铂热电阻0℃时的电阻标称值，

      A’为所述的修正后的常数，

      B为已知常数，

获取本通道的铂热电阻专用分度表，测量时，根据测到的铂热电阻值R_t’，利用该专用分度表换算出对应温度t。

由于本发明选用USB总线接口模块直接与外接计算机连接，测量者可以在熟悉的Windows环境下操作仪器，操作界面友好，使用方便，测量数据以通用的Microsoft Access格式直接存放在计算机，便于做数据分析处理，具有数据管理：如数据查询、打印、删除、备份等功能；外接计算机通过控制USB总线接口模块输出不同的选通道控制信号，轮流选通本发明的各个被测量通道，自动巡检，进行数据采集，若外接计算机选用手提电脑，则具备便携式的特点，便于外出测量。

并且，通过外接计算机的软件修正铂热电阻温度传感器的0℃电阻值，100℃与0℃电阻比值等途径，提高温度测量精度，以达到使用廉价的传感器，仍能保证较高的温湿度测量精度。

附图说明

以下为附图图面说明：

图1为本发明的电路工作原理方框图；

图2A、图2B、图2C为本发明实施例的电路原理图；

图3为本发明实施例采用的USB2004模块40芯IDC40插座J2管脚号定义；

图4为本发明实施例的外接计算机软件功能模块流程图；

图5为本发明实施例的外接计算机软件测量参数设定模块流程图；

图6为本发明实施例的外接计算机软件干湿球系数及气压选择模块流程图；

图7为本发明实施例的外接计算机软件对铂热电阻修正的本通道铂热电阻专用分度表产生模块流程图；

图8为本发明实施例的外接计算机软件温湿度测量模块流程图；

图9为本发明实施例的外接计算机软件数据管理模块流程图；

图10为本发明实施例的外接计算机软件温湿度测量模块流程图中的铂热电阻的误差修正方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图详述本发明实施例的结构细节：

如图1所示，为本发明的电路工作原理方框图，本发明一种温湿度巡检测量仪包括通道选择电路1、恒流源电路2、信号放大电路3、A/D转换电路4和USB总线接口模块5，多个被测量元件，其中每一个被测量元件经通道选择电路1和恒流源电路2构成回路，其中每一个被测量元件两端的电压经通道选择电路1输入到信号放大电路3放大，再经A/D转换电路4转换成数字信号，输入到USB总线接口模块5的数据输入端，所述的USB总线接口模块5的数据输出端输出选通道控制信号，并输入到通道选择电路1的通道选通控制端，所述的USB总线接口模块5的USB接口接外接计算机6的USB接口；

外接计算机6控制USB总线接口模块5的数据输出端输出不同的选通道控制信号，轮流选通每一个被测量元件所在的通道，从而，所述的多个被测量元件，其两端的电压轮流输入到信号放大电路3放大。

所述的多个被测量元件，其中一个是阻值不随温度变化而改变的精密线绕电阻，其余为阻值随温度变化而改变的四线制铂热电阻温度传感器。

如图2A、图2B、图2C所示为本发明实施例的电路原理图；

如图2A所示，有32个通道，分成四组，每组8个通道，其中，31个被测量元件置于所在的通道，一个通道备用，31个被测量元件中，其中一个是阻值不随温度变化而改变的精密线绕电阻Rx，Rx电阻值为197.60Ω±0.05％，其余30个为阻值随温度变化而改变的四线制铂热电阻温度传感器R1至R30，选用PT100铂热电阻；使用精密线绕电阻Rx的作用是求取恒流源电路2的电流值，使用精密线绕电阻Rx的原因有三个：首先，每台温湿度巡检测量仪内部的恒流源电路2提供的电流约1mA略有差别；其次，同一台温湿度巡检测量仪内部的恒流源电路2提供的电流也会随时间缓慢轻微波动；第三，精密线绕电阻本身的阻值在本仪器测量范围内可看作不变的，所以每轮巡检的开始，温湿度巡检测量仪在外接计算机6的控制下，首先自动选通Rx通道，并测量Rx两端的电压，根据实际测量值，以及已知的精密线绕电阻Rx的电阻值，求取恒流源电路2的输出电流，再自动选通铂热电阻温度传感器通道，根据测得的铂热电阻温度传感器两端电压，以及求取的恒流源电路2的输出电流，求取铂热电阻值，减少计算铂热电阻值的误差。

如图2A所示，31个被测量元件分成四组，第一组8个被测量元件，1个精密线绕电阻Rx和7个铂热电阻R1至R7，第二组8个被测量元件，8个铂热电阻R8至R15，第三组7个被测量元件，7个铂热电阻R16至R22，其中一个通道备用，第四组8个被测量元件，8个铂热电阻R23至R30；

通道选择电路1包括与四组被测量元件相对应的四组通道电路和组选通电路，

四组通道电路，其中第一组通道电路包括第一个八通道模拟开关U1、第二个八通道模拟开关U5和第三个八通道模拟开关U9，第二组通道电路包括第一个八通道模拟开关U2、第二个八通道模拟开关U6和第三个八通道模拟开关U10，第三组通道电路包括第一个八通道模拟开关U3、第二个八通道模拟开关U7和第三个八通道模拟开关U11，第四组通道电路包括第一个八通道模拟开关U4、第二个八通道模拟开关U8和第三个八通道模拟开关U12；

如图2A所示，标号为DB25[13]、DB25[14]以及DB25[15]的三条信号线控制选通通道。

如图2B所示，组选通电路，包括组第一个八通道模拟开关U13、组第二个八通道模拟开关U14和组第三个八通道模拟开关U15；

如图2A、2B所示，四组通道电路和组选通电路的八通道模拟开关均采用MC14051芯片。

组选通电路的作用是选通图2A中的四组通道电路的某一组。如图2B所示，标号为DB25[1]、DB25[5]以及DB25[9]的三条信号线选通图2A中的第一组通道电路；标号为DB25[2]、DB25[6]以及DB25[10]的三条信号线选通图2A中的第二组通道电路；余类推。

如图2A所示，四组被测量元件，第一组中的每一个被测量元件的一端一路接第一组通道电路的第一个八通道模拟开关U1的输入端，另一路接第一组通道电路的第二个八通道模拟开关U5的输入端，第一组中的每一个被测量元件的另一端，一路接第一组通道电路的第三个八通道模拟开关U9的输入端，另一路接地；第二组，第三组，第四组，这三组被测量元件的连接方法和第一组相同。

如图2A、2B所示，四组通道电路，其中每一组通道电路的第一个八通道模拟开关U1、U2、U3、U4的输出端X接组选通电路的组第一个八通道模拟开关U13的输入端，每一组通道电路的第二个八通道模拟开关U5、U6、U7、U8的输出端X接组选通电路的组第二个八通道模拟开关U14的输入端，每一组通道电路的第三个八通道模拟开关U9、U10、U11、U12的输出端X接组选通电路的组第三个八通道模拟开关U15的输入端，

组选通电路，其中组第一个八通道模拟开关U13的输出端接恒流源电路2，组第二个八通道模拟开关U14的输出端接信号放大电路3的一个输入端，组第三个八通道模拟开关U15的输出端接信号放大电路3的另一个输入端，

如图2C所示，本发明实施例的USB总线接口模块5采用北京阿尔泰科贸有限公司生产的USB2004模块，USB总线接口模块5的数据输出端输出的选通道控制信号分为通道选通信号和组选通信号，通道选通信号为四组通道电路的选通道控制信号，用于控制选通被测量元件所在的通道，组选通信号为组选通电路的选通道控制信号，用于选通四组通道电路的某一组，如图2B、2A所示，USB2004模块的数据输出端输出的通道选通信号，标号为IDC40[21]、IDC40[20]以及IDC40[19]的三条信号线，经驱动器驱动后，标号为DB25[13]、DB25[14]以及DB25[15]的三条信号线，输入到四组通道电路中的每一组通道电路的第一个八通道模拟开关U1、U2、U3、U4、第二个八通道模拟开关U5、U6、U7、U8和第三个八通道模拟开关U9、U10、U11、U12的通道选通控制端A、B、C，控制选通通道；USB2004模块的另外数据输出端输出的组选通信号，标号为IDC40[25]、IDC40[24]以及IDC40[23]的三条信号线，经驱动器驱动后，输入到组选通电路的组第一个八通道模拟开关U13、组第二个八通道模拟开关U14和组第三个八通道模拟开关U15的通道选通控制端A、B、C，控制选通四组通道电路的某一组。

上述驱动器采用光电耦合器TLP521-4芯片，这是由于通道选通信号及组选通信号必须同时驱动多个芯片，故采用两片TLP521-4芯片提高信号驱动能力。

当然，当需要测量的点数不多，多个被测量元件不需要分组，如：设被测量元件只有8个，多通道模拟开关选用八通道模拟开关，则通道选择电路1可以只为一组通道电路，该通道电路包括三个八通道模拟开关，8个被测量元件，其中每一个被测量元件的一端一路接第一个八通道模拟开关的输入端，另一路接第二个八通道模拟开关的输入端，每一个被测量元件的另一端，一路接第三个八通道模拟开关的输入端，另一路接地，所述的第一个八通道模拟开关的输出端接恒流源电路2，所述的第二个八通道模拟开关的输出端接信号放大电路3的一个输入端，所述的第三个八通道模拟开关的输出端接信号放大电路3的另一个输入端，所述的USB总线接口模块5的数据输出端输出的选通道控制信号，经驱动器驱动后，输入到所述的三个八通道模拟开关的通道选通控制端，以选通8个被测量元件所在通道中的某一个通道。

如图2B所示，本发明实施例的恒流源电路2由LM308运算放大器U16及其周边电路构成，为1mA恒流源。恒流源电路2电流由电阻R35输出，经组选通电路和通道电路两层MC14051八通道模拟开关后流经被测量元件。

来自被测量元件两端的电压信号，经过通道电路和组选通电路两层MC14051模拟开关后输入到主要由AD524精密仪器放大器芯片U23构成的信号放大电路3，电压信号经过放大后，设定为放大10倍，输入到A/D转换电路4。

A/D转换电路4包括A/D转换芯片和计数器，A/D转换芯片的CLK时钟信号与BUSY忙信号进行逻辑与操作后，作为计数脉冲输入到计数器的时钟输入端，以便对BUSY输出信号高电平的宽度进行计数，计数器输出的计数值作为A/D转换电路4转换成的数字信号。

如图2B所示，A/D转换芯片U18采用ICL7135芯片，计数器采用两个74LS590八位二进制计数器U21、U22，经信号放大电路3放大的电压信号输入ICL7135A/D转换芯片U18，A/D转换芯片U18的CLK时钟信号端和BUSY忙信号端分别和CD4011与非门U24A中的一个与非门的输入端连接，该与非门的输出端接一个74LS590八位二进制计数器U21的时钟输入端，该计数器U21的进位输出端接另一个74LS590八位二进制计数器U22的时钟输入端，所述的两个74LS590八位二进制计数器U21、U22共同构成16位计数器，该16位计数器输出的计数值作为数字信号输入到USB2004模块的数据输入端，标号为IDC40[1]至IDC40[8]以及IDC40[10]至IDC40[16]，所述的两个74LS590八位二进制计数器U21、U22的清零端共同接USB2004模块的一位数据输出端IDC40[29]，A/D转换芯片U18的BUSY忙信号端接USB2004模块的一位数据输入端IDC40[9]。

如图2B所示，ICL7135 A/D转换芯片U18的第25管脚Run/Hold接高电平，将ICL7135A/D转换芯片U18置为连续转换状态。时钟电路产生的250KHz时钟信号，输入到ICL7135A/D转换芯片U18的第22管脚CLK，ICL7135A/D转换芯片U18的转换速度是6.25次/秒，ICL7135A/D转换芯片U18的Busy输出信号，其高电平的宽度范围是10001到30001个时钟，对Busy输出信号高电平的宽度进行计数，计数时钟是输入到ICL7135A/D转换芯片U18的250KHz时钟信号，则计数值减去10001的差，范围从0到20000个单位，可代表A/D转换的输出值。

如图2B所示，两个74LS590八位二进制计数器U21和U22构成16位计数器，U21是16位计数器的低8位，U22是16位计数器的高8位，250KHz时钟信号与Busy信号进行逻辑与操作后，作为计数脉冲输入到U21的时钟输入端。因为计数范围在10001到30001之间，计算机只读取16位计数器的低15位，不必读取16位计数器的最高位。

与外接计算机6的连接采用通用的USB接口模块USB2004模块。外接计算机6通过USB2004模块读取A/D转换的输出值，并通过USB2004模块发送选通道控制信号。如图2B和2C所示，电路通过IDC40插座J2与USB2004模块连接，USB2004模块的USB接口J1和外接计算机6的USB接口连接。如图2C所示，是USB2004模块示意图，如图3所示为USB2004模块的40芯IDC40插座J2管脚号定义，USB2004模块具有16位输入及16位输出I/O信号，15位输入信号，标号为IDC40[1]至IDC40[8]以及IDC40[10]至IDC40[16]，用于读取16位计数器U21和U22的低15位，剩下1位输入信号，标号为IDC40[9]，用于读入A/D转换芯片U18的Busy信号，判别A/D转换是否结束；使用3位输出信号，标号为IDC40[25]、IDC40[24]以及IDC40[23]，作为组选通信号，另外3位输出信号，标号为IDC40[21]、IDC40[20]以及IDC40[19]，作为通道选通信号，1位输出信号，标号为IDC40[29]，作为16位计数器U21和U22的清零信号，

外接计算机6采集到的A/D转换数据，是经放大后的PT100铂热电阻温度传感器两端电压值，根据AD524精密仪器放大器芯片U23的信号放大倍数及恒流源电路2的电流值，可以求取PT100铂热电阻的热电阻值，然后通过存放在计算机数据库的PT100铂热电阻分度表及相对湿度查算表，计算机自动换算出温湿度值。

本发明实施例，采用Pt100四线制铂热电阻温度传感器，配合干湿球法测量温湿度。它可以对1通道到30通道温度或最大15通道温度及15通道湿度进行自动巡检。每个通道可以通过设定选择为测量温度、测量湿度或不使用本通道三种状态之一。

测量范围：温度-100℃-+250℃；

          湿度10％RH-100％RH，当温度为5℃-95℃时。

选用通用的USB总线接口模块USB2004模块直接与外接计算机6连接，仪器具有便携式特点，可适用于外出测量。外接计算机6通过USB总线接口模块5发送选通道控制信号、进行数据采集。软件采用Microsoft Visual Basic编程，运行在Windows环境下，测量数据以通用的Microsoft Access格式直接存放在计算机。具有测量数据分析处理，数据查询、打印、删除、备份等管理功能。

通过外接计算机软件修正PT100铂热电阻的0℃电阻值R₀’，100℃与0℃电阻比值W_100’等途径，提高温度测量精度，由于采用干湿球法测量湿度，通过干湿球的温差换算出湿度，所以，温度测量精度的提高可以在一定程度上提高湿度测量的精度。以达到使用廉价的传感器，B级PT100铂热电阻加干湿球法，仍能保证较高的测量精度。

本发明一种温湿度巡检测量仪，主要具有下列三个优点：

1.温湿度巡检测量仪直接与外接计算机连接，测量者可以在熟悉的Windows环境下操作仪器，操作界面友好，使用方便。测量数据以通用的Microsoft Access格式直接存放在外接计算机，便于做数据分析处理。具有数据查询、打印、删除、备份等功能。

2.用USB总线接口技术。具有便携式的特点，可配合手提电脑使用，便于外出测量。

3.利用外接计算机软件修正铂热电阻温度传感器误差，提高测量精度，以达到使用普通廉价的传感器，B级PT100铂热电阻加干湿球法，仍能保证较高的温湿度测量精度。

本发明一种温湿度巡检测量仪，当温度传感器使用B级PT100铂热电阻加干湿球法，测量误差如下：

温度±0.1℃，0℃-100℃；±0.2℃，其它温度时。

湿度±1％RH，40％RH-100％RH；±2％RH，其它湿度时。

现有一般温湿度巡检测量仪，当温度传感器使用B级PT100铂热电阻，测量误差如下：

温度大于±0.3℃，0℃-100℃。

湿度一般大于±3％RH。

本发明一种温湿度巡检测量仪与外接计算机的连接采用通用的USB接口模块，符合计算机接口技术发展的趋势。未来的PC机可能通过USB总线与所有的外设连接，USB将取代当前PC机上所有的串口和并口。另外，USB的即插即用功能及热插拔功能会给测量者带来极大的方便。外接计算机通过USB总线接口发送控制信号选通通道并进行数据采集。本发明实施例的软件使用Microsoft Visual Basic编程，测量数据的存放管理选用Microsoft Access数据格式。软件在Windows 9X/me，Windows 2000，Windows XP操作***环境下运行，方便测量者操作使用，也便于测量者做进一步的测量数据分析处理工作。

本发明实施例的温度传感器选用B级PT100铂热电阻，PT100铂热电阻是一种常用的温度传感器，其测量温度范围在-200℃-850℃之间，B级PT100铂热电阻出厂时在0℃、200℃及-100℃的容许误差分别为±0.12Ω、±0.48Ω及±0.32Ω，换算成温度约±0.3℃、±1.3℃及±0.8℃。可见，修正PT100铂热电阻的0℃电阻值R₀’及电阻比值W_100’，即100℃电阻值与0℃电阻值的比值，可在一定程度上提高测量精度。将PT100铂热电阻出厂时0℃电阻值R₀’及电阻比值W_100’的标称值，也即PT100铂热电阻出厂时0℃实际电阻值R₀’及100℃实际电阻值与0℃实际电阻值的比值W_100’，输入计算机，储存在数据库中，数据库文件名RW。

下面是两种实用的修正算法。

1.仅考虑0℃电阻值R₀’偏离标准值给测量带来误差的修正算法

这是一种比较简单的修正算法。设标准PT100铂热电阻在0℃及温度t时的电阻标准值分别为R₀和R_t；实际使用的PT100铂热电阻在0℃及温度t时的电阻值分别为R₀’和R_t’，则

R₀’/R₀＝R_t’/R_t

R_t＝R_t’(R₀/R₀’)  ………………  (1)

其中：R₀为0℃时的标准电阻值，

      R₀’为0℃时的电阻标称值；

测量时，根据测到的温度t时的铂热电阻值R_t’，先应用式(1)求温度t时的经修正的铂热电阻标准值R_t，再查找标准铂热电阻分度表换算出R_t值对应的温度。

2.同时考虑0℃电阻值R₀’和电阻比值W_100’偏离标准值给测量带来误差的修正算法

铂热电阻的计算公式有两个：

在-200℃～0℃范围内用

R_t＝R₀[1+At+Bt²+Ct³(t-100)]… … … … … … …(2)

在0℃～850℃范围内用

R_t＝R₀(1+At+Bt²)  … … … … … … … … … …(3)

其中：A为常数，A＝3.90802×10^-3/℃

B为常数，B＝-5.802×10^-7/℃

C为常数，C＝-4.2735×10^-12/℃

实际使用的PT100铂热电阻，由于纯度等因素的影响，A、B、C三个值与标准值略有偏离。本发明温湿度巡检测量仪的测量范围-100℃～250℃，可以忽略B、C两个值偏离标准值给测量造成的影响，仅考虑A值偏离标准值给测量造成的影响。设实际使用的PT100铂热电阻在0℃、100℃的电阻值分别为R₀’和R₁₀₀’，根据式(3)得

R₁₀₀’＝R₀’(1+A’×100+B×100²)

即W₁₀₀’＝(1+A’×100+B×100²)

W₁₀₀’是已知数，PT100出厂时已标明这个值，为出厂标称值，由此得到

A’＝(W₁₀₀’-1-B×100²)/100 … … … … … …  (4)

其中：W_100’为铂热电阻100℃电阻与0℃电阻的标称比值，

      B为已知常数，B＝-5.802×10^-7/℃

可见，由式(4)可获取修正后的常数A’的值，

这样，对于实际使用的PT100铂热电阻，

当温度在-100℃～0℃范围内，

R_t’＝R₀’[1+A’t+Bt²+Ct³(t-100)] … … … … … …(5)

其中：R₀’为铂热电阻0℃时的电阻标称值，

      A’为按式(4)修正后的常数，

      B为已知常数，B＝-5.802×10^-7/℃

      C为另一已知常数，C＝-4.2735×10^-12/℃

当温度在0℃～250℃范围内，

R_t’＝R₀’(1+A’t+Bt²)  … … … … … … … … …(6)

其中：R₀’为铂热电阻0℃时的电阻标称值，

      A’为按式(4)修正后的常数，

      B为已知常数，B＝-5.802×10^-7/℃

由式(5)、(6)可计算出该铂热电阻的专用分度表，测量时，根据测到的铂热电阻值R_t’，利用这个专用分度表来换算温度t，即可有效地修正传感器偏离标准值给测量带来的误差。

采用干湿球法测量相对湿度，测量时将两个PT100铂热电阻分别置于湿球、干球，通过干湿球的温差换算出相对湿度。测量湿度时必须两个通道配对使用，约定通道号为奇数的通道才能设定为测量湿度的通道，其前一个通道必须是测温度通道。干湿球法的基本原理是通过干湿球的温差来换算出环境相对湿度，所以，温度测量精度的提高也就意味着湿度测量精度的提高。测量湿度时，根据测量环境，适当选择干湿球系数及气压将有利于提高湿度测量的精确度。根据国家标准(GB 6999-86)干湿球系数值有四个，气压分为四个等级。仪器可选择干湿球系数和气压值。

巡回检测属慢速测量，通道巡检时间间隔为秒级，仪器每隔1到5秒钟检测一个通道，可选择双积分型高精度A/D转换器，根据测量范围及测量精度要求，选用价格经济而精度较高的双积分型四位半A/D转换器，型号为ICL7135。为了保证测量精度，恒流源必须具有较高稳定性。另外，流经传感器的恒定电流应小于等于1mA，确保传感器因电流发热控制在允许误差范围内。

如图4至图10所示，为本发明实施例的外接计算机的软件工作流程图及铂热电阻的误差修正方法的流程图。如图4所示为外接计算机软件功能模块流程图，对外接计算机软件的各个功能模块，工作流程详述如下：

用户在开始测量之前，可设定测量参数，如图5所示测量参数设定模块流程图，保存测量数据时间间隔可设定为0到60分钟，0表示不保存测量数据，仅显示测量数据。测量时，每完成一个通道测量后判别上一次保存测量数据时间与当前时间之差是否大于等于保存测量数据时间间隔设定值，如果大于设定值，保存测量数据。通道巡检时间间隔设定可设定为1到5秒，通道巡检时间间隔是指采集一个通道数据后到采集下一个通道数据的等待时间。通道号为奇数的通道可设置为测量温度、测量湿度或不使用三种状态之一；通道号为偶数的通道可设置为测量温度或不使用二种状态之一；当某个通道被设定测量湿度，***自动将其前面的通道设置为测量温度。通道的状态用通道状态标志表示。

如图6所示干湿球系数及气压选择模块流程图，用户根据测量环境，适当选择干湿球系数及环境气压，在国家标准GB 6999-86中，干湿球系数值有四个，环境气压分为四个等级。

如图7所示对铂热电阻修正的本通道的铂热电阻专用分度表产生模块流程图，用户选择希望修正的通道，输入PT100铂热电阻出厂的标称值R₀’及W_100’，用户确认后***将R₀’及W_100’两个值储存到数据库，数据库表文件名RW，如果R₀’≠100Ω，且W_100’≠1.3851，则根据式(5)、式(6)计算产生该通道专用的铂热电阻分度表。

如图8所示为温湿度测量模块流程图；说明测量过程如下：

测量开始之前，***弹出“输入测量项目简要记录”对话框，等待用户输入测量项目简要记录，测量项目简要记录包括测量日期、测量项目编号、测量项目名称、测量员姓名等。用户输入简要记录并确认后，***进入测量状态。选通Rx通道，让恒流源电路2电流流经Rx通道，Rx电阻值197.60Ω±0.05％，外接计算机6读入Rx通道两端电压，然后根据欧姆定律计算恒流源电路2输出电流值。通道号复位0，从第0号通道开始扫描，跳过不使用的通道，如果30个通道全部被用户设定为不使用状态，将退出测量状态，返回上一层界面，直到某个被用户设定为测量的通道，根据通道号选通通道，让恒流源电路2电流流经该通道，外接计算机6读入铂热电阻温度传感器两端电压，计算热电阻值。判别是否超量程，传感器连线开路、短路？如果是，显示出错信息，停止测量；如果否，根据输入的PT100铂热电阻出厂标称值R₀’及W_100’选择换算温度方法，

检测本通道预置的PT100铂热电阻0℃电阻标称值R₀’及100℃电阻与0℃电阻的标称比值W_100’，

若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值100Ω，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W_100’等于标准值1.3851，即，如果R₀’≠100Ω，W_100’＝1.3851，则根据测到的铂热电阻值R_t’，用式(1)求出经修正的铂热电阻标准值R_t，再按照铂热电阻标准分度表换算出对应温度；

若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值100Ω，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W_100’不等于标准值1.3851，即，如果R₀’≠100Ω，W_100’≠1.3851，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按本通道的铂热电阻专用分度表换算出对应温度；

其他情况下，即0℃电阻标称值R₀’等于标准值100Ω，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W_100’等于标准值1.3851，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按照铂热电阻标准分度表换算出对应温度。

下一步是判别当前通道是否测量湿度，如果是，先根据干湿球温差，即前一个通道温度与本通道温度之差，换算湿度，再显示测量值；如果否，直接显示测量值。下一步是判别保存测量数据时间是否已经到，如果是，将测量数据保存到数据库；如果否，不保存测量数据。下一步是判别用户是否发出停止测量指令，如果是，停止测量，退出测量状态；如果否，通道号加1，重复上述步骤，直到最后一个通道，完成一轮巡检。在开始新一轮巡检之前，选通Rx通道，求取恒流源电路2输出电流值。如此反复，对各个测量通道进行巡回检测。

如图9所示数据管理模块流程图；数据管理包括备份、删除、查询、打印等。数据备份是将存放测量数据的数据库文件拷贝到用户指定的地方。输入查询条件查找符合条件的记录，支持模糊查询。可以对查找到的数据进行打印或删除操作，打印或删除操作都是按测量项目逐项进行的。

图10为外接计算机软件测量模块流程图中的铂热电阻的误差修正方法的流程图，在查表换算温度之前，先读出数据库文件RW中预置的相应通道PT100铂热电阻出厂标称值R₀’及W_100’，再根据下述三种情况选择换算温度方法：

1.如果只有R₀’偏离标准值，先用式(1)求经修正的标准值R_t，再查找标准铂热电阻分度表换算出R_t值对应的温度；

2.如果R₀’及W_100’都偏离标准值，由式(5)、(6)可计算出本通道的铂热电阻专用分度表，利用这个专用分度表来换算温度；

3.如果两个都是标准值，采用标准分度表换算温度。

第一种情况是只考虑R₀’偏离标准值给测量带来误差的修正方法，第二种情况是同时考虑R₀’及W_100’都偏离标准值给测量带来误差的修正方法，第三种情况是不需要修正的特殊情况。

Claims (8)

1.一种温湿度巡检测量仪，其特征在于：包括通道选择电路、恒流源电路、信号放大电路、A/D转换电路和USB总线接口模块，多个被测量元件，其中每一个被测量元件经通道选择电路和恒流源电路构成回路，其中每一个被测量元件两端的电压经通道选择电路输入到信号放大电路放大，再经A/D转换电路转换成数字信号，输入到USB总线接口模块的数据输入端，所述的USB总线接口模块的数据输出端输出选通道控制信号，并输入到通道选择电路的通道选通控制端，所述的USB总线接口模块的USB接口接外接计算机的USB接口；

外接计算机控制所述的USB总线接口模块的数据输出端输出不同的选通道控制信号，轮流选通每一个被测量元件所在的通道，从而，所述的多个被测量元件，其两端的电压轮流输入到信号放大电路放大。

2.根据权利要求1所述的温湿度巡检测量仪，其特征在于：所述的多个被测量元件，其中一个是阻值不随温度变化而改变的精密线绕电阻，其余为阻值随温度变化而改变的铂热电阻温度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的温湿度巡检测量仪，其特征在于：所述的通道选择电路包括三个多通道模拟开关，所述的多个被测量元件，其中每一个被测量元件的一端一路接第一个多通道模拟开关的输入端，另一路接第二个多通道模拟开关的输入端，所述的每一个被测量元件的另一端，一路接第三个多通道模拟开关的输入端，另一路接地，所述的第一个多通道模拟开关的输出端接恒流源电路，所述的第二个多通道模拟开关的输出端接信号放大电路的一个输入端，所述的第三个多通道模拟开关的输出端接信号放大电路的另一个输入端，所述的USB总线接口模块的数据输出端输出的选通道控制信号，经驱动器驱动后，输入到所述的三个多通道模拟开关的通道选通控制端。

4.根据权利要求1或2所述的温湿度巡检测量仪，其特征在于：所述的多个被测量元件分成若干组，所述的通道选择电路包括与若干组被测量元件相对应的若干组通道电路和组选通电路，

所述的若干组通道电路，其中每一组通道电路包括第一个多通道模拟开关、第二个多通道模拟开关和第三个多通道模拟开关，所述的组选通电路，包括组第一个多通道模拟开关、组第二个多通道模拟开关和组第三个多通道模拟开关，

所述的若干组被测量元件，其中每一组中的每一个被测量元件的一端一路接对应组通道电路的第一个多通道模拟开关的输入端，另一路接对应组通道电路的第二个多通道模拟开关的输入端，所述的每一组中的每一个被测量元件的另一端，一路接对应组通道电路的第三个多通道模拟开关的输入端，另一路接地，

所述的若干组通道电路，其中每一组通道电路的第一个多通道模拟开关的输出端接组选通电路的组第一个多通道模拟开关的输入端，每一组通道电路的第二个多通道模拟开关的输出端接组选通电路的组第二个多通道模拟开关的输入端，每一组通道电路的第三个多通道模拟开关的输出端接组选通电路的组第三个多通道模拟开关的输入端，

所述的组选通电路，其中组第一个多通道模拟开关的输出端接恒流源电路，组第二个多通道模拟开关的输出端接信号放大电路的一个输入端，组第三个多通道模拟开关的输出端接信号放大电路的另一个输入端，

所述的USB总线接口模块的数据输出端输出的选通道控制信号分为通道选通信号和组选通信号，所述的通道选通信号为若干组通道电路的选通道控制信号，用于控制选通被测量元件所在的通道，所述的组选通信号为组选通电路的选通道控制信号，用于选通若干组通道电路的某一组，所述的USB总线接口模块的数据输出端输出的通道选通信号，经驱动器驱动后，输入到所述的若干组通道电路中的每一组通道电路的第一个多通道模拟开关、第二个多通道模拟开关和第三个多通道模拟开关的通道选通控制端，所述的USB总线接口模块的另外数据输出端输出的组选通信号，经驱动器驱动后，输入到组选通电路的组第一个多通道模拟开关、组第二个多通道模拟开关和组第三个多通道模拟开关的通道选通控制端。

5.根据权利要求1所述的温湿度巡检测量仪，其特征在于：所述的A/D转换电路包括A/D转换芯片和计数器，A/D转换芯片的CLK时钟信号与BUSY忙信号进行逻辑与操作后，作为计数脉冲输入到计数器的时钟输入端，以便对BUSY输出信号高电平的宽度进行计数，所述计数器输出的计数值作为A/D转换电路转换成的数字信号。

6.根据权利要求5所述的温湿度巡检测量仪，其特征在于：所述的A/D转换芯片采用ICL7135芯片，所述的计数器采用两个74LS590八位二进制计数器，所述的A/D转换芯片的CLK时钟信号端和BUSY忙信号端分别和CD4011与非门中的一个与非门的输入端连接，该与非门的输出端接一个74LS590八位二进制计数器的时钟输入端，该计数器的进位输出端接另一个74LS590八位二进制计数器的时钟输入端，所述的两个74LS590八位二进制计数器共同构成16位计数器，该16位计数器输出的计数值作为数字信号输入到USB总线接口模块的数据输入端，所述的两个74LS590八位二进制计数器的清零端共同接USB总线接口模块的一位数据输出端。

7.一种温湿度巡检测量仪中铂热电阻的误差修正方法，该方法包括下列步骤：

检测本通道预置的铂热电阻0℃电阻标称值R₀’及100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’，若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按照公式：

R_t＝R_t’(R₀/R₀’)

其中：R₀为0℃时的标准电阻值，

      R₀’为0℃时的电阻标称值；

求出经修正的铂热电阻标准值R_t，再按照标准铂热电阻分度表换算出对应温度；

若0℃电阻标称值R₀’不等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’不等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按本通道的铂热电阻专用分度表换算出对应温度；

若0℃电阻标称值R₀’等于标准值，100℃电阻与0℃电阻的标称比值W₁₀₀’等于标准值，则根据测到的铂热电阻值R_t’，按照标准铂热电阻分度表换算出对应温度。

8.根据权利要求7所述的误差修正方法，其中，所述的本通道的铂热电阻专用分度表按照下述步骤获得：

首先，按照公式：

    A’＝(W₁₀₀’-1-B×100²)/100

    其中：W₁₀₀’为本通道的铂热电阻100℃电阻与0℃电阻的标称比值，

          B为已知常数，

获取修正后的常数A’的值，

然后：

当温度在-100℃～0℃范围内，按公式

    R_t’＝R₀’[1+A’t+Bt²+Ct³(t-100)]

其中：R₀’为本通道的铂热电阻0℃时的电阻标称值，

      A’为所述的修正后的常数，

      B为已知常数，

      C为另一已知常数，

当温度在0℃～250℃范围内，按公式

    R_t’＝R₀’(1+A’t+Bt²)

    其中：R₀’为本通道的铂热电阻0℃时的电阻标称值，

          A’为所述的修正后的常数，

          B为已知常数，

获取本通道的铂热电阻专用分度表，测量时，根据测到的铂热电阻值R_t’，利用该专用分度表换算出对应温度t。

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