专利名称：一种温度自动检测的补偿方法及温度自动检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感测控技术，特别是一种温度自动检测的补偿方法及温度自动检测系统，应用于温度自动精密检测领域中。
背景技术：
与温度相关的国家检测标准中，温度参数通过液体温度计标定。随着自动化检测仪器逐渐取代手动仪器，采用温度自动检测系统取代液体温度计是大势所趋。已有的温度自动检测系统在测量温度时，是根据温度传感器随温度变化特性，绘制一条温度变化曲线，结合液体温度计测量结果，对温度变化曲线的若干点进行标定。依据选择产品性能及测量标准不同，待测样品需要选择不同速率升温，对不同特征温度点进行修正，使其这一时刻温度检测系统测量温度结果与液体温度计读数相同，再对相邻点温度进行线性修正。这种修正方法要求被测产品在特定的条件下进行检测，当快速升降温时两者动态特性差异尤为突出，容易造成测量结果误差。这种选择特殊温度点及点与点之间采用线性标定的方式，有很大的局限性，而且需要对 每一个温度检测系统逐个进行修正，以使温度自动检测系统与液体温度计测量达到一致，使用不方便。
发明内容
本发明目的在于提供一种温度自动检测的补偿方法及温度自动检测系统，通过对温度自动检测系统进行温度补偿，使温度自动检测系统动态特性与液体温度计测量近于一致，实现温度准确自动检测。本发明的技术解决方案是:一种温度自动检测的补偿方法，其特征在于
A、采用水浴恒温加热法，使温度自动检测系统以恒定速率升温，进行温度检测；
B、利用液体温度计标定温度传感器的静态特征值；
C、温度传感器和液体温度计的热传递特性分别采用三个一阶系统串联而成的三阶系统和带有纯滞后的一阶惯性系统确定各自的传递函数，借助计算机工具语言MATLAB分析温度响应曲线及实验数据拟合求解，确定各自的时间常数；
D、引入补偿环节，将温度自动检测系统温度动态特性逼近液体温度计温度动态特性，利用三个一阶微分环节和一个一阶惯性环节的串联，确定补偿函数；用计算机工具语言MATLAB对补偿函数的时间常数做微小调整，反复试验修改补偿函数的参数，得到更好的拟合逼近效果。一种温度自动检测系统，其特征在于该系统是由恒流源、温度传感器、信号调理放大器、Α/D转换器、单片机、计算机连接构成，由单片机对温度传感器进行定时采集，并对采集的数据进行非线性处理，然后通过串行接口发送给计算机。所述的温度传感器是由钼热电阻丝，护套，绝缘骨架，绝热石棉纤维及引线构成，位于护套内的绝缘骨架上绕制钼热电阻丝，钼热电阻丝上连接有引线，在护套与绝缘骨架之间填充有绝热石棉纤维。
本发明的特点是:该补偿方法可以将温度自动检测系统动态特性逼近液体温度计，根据同一型号温度传感器的温度自动检测系统在相对稳定的实验环境中传递函数相同的特点，只需进行一次实验校准可完成对检测仪器参数的标定，提高系统自动检测温度的准确性和便捷性。
图1是本发明温度自动检测系统示意 图2是本发明温度传感器结构示意 图3是本发明温度自动检测系统温度时间响应特征曲线 图4是本发明国标I号水银温度计温度响应曲线 图5是本发明三阶系统拟合结果和实际测量结果对比 图6是图5中O区域的放大 图7是本发明补偿环节系统框 图8是本发明引入补偿函数后温度自动监测系统实际测量温度曲线对比图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述: 如图1、2所示，温度自动检测系统的恒流源(6)由稳定参考电压源、运放器和电阻组成。稳定参考电压源为LM236-2.5V提供，为系统设备提供恒定的电流，采用高精度低温漂运放0P07构建运算放大器。温度传感器(7)输出与信号调理放大器(8)连接，信号调理放大器(8)使用AD620仪表放大器。Α/D转换器(9)为单片机(10)MSP430F169内部自带有12位高速ADC组成，编写程序驱动单片机MSP430F169 (10)对温度传感器Pt 100进行IOms时间间隔定时采集，并对测量数据进行非线性处理，然后通过串行接口发送给计算机(11)，计算机(11)对单片机(10)上传的测量数据进行记录及数据处理。使用该系统时，首先使用高精度变阻箱对恒流源(6)至Α/D转换器(9)进行两次标定，然后对温度传感器(7)在多个恒温状态下进行静态校正。温度传感器选用PtlOO，其结构为绝缘骨架(3)上绕制钼热电阻丝(1)，钼热电阻丝(I)线径为0.05 0.07 mm，钼热电阻丝(I)上连接有银引线(5)，银引线(5)的输入和输出端分别与恒流源(6)和信号调理放大器(8)连接。在绝缘骨架(3)外部设有金属护套
(2)为不锈钢护套，直径为Φ4πιπι，长度75mm。金属护套(2)与绝缘骨架(3)之间填充有绝热石棉纤维(4)。本实施例选用液体温度计为国标I号水银温度计。采用以下方法对温度自动检测进行补偿:
1、温度自动检测系统采用水浴恒温加热法，以每10°c的恒定速率升温条件进行温度检测，首先用国标I号水银温度计标定温度传感器Ptioo的静态值，具体操作方法为:开启温度自动检测系统，预热10分钟，使温度自动检测系统达到稳定工作状态。然后采用加热器加热容器水，同时插入温度传感器Ptioo和国标I号水银温度计，加热时以国标I号水银温度计为标准，取01:、101:、201:、……、100°C共11个温度环境，标定温度传感器PtlOO的静态值。
其次进行国标I号水银温度计和温度传感器PtlOO静态值进行校验，具体操作方法为:将温度传感器Ptioo置于室温中，使其达到热传递平衡，根据国标I号水银温度计显示温度，当温度不再变化时，计算机记录室温时温度传感器Ptioo特征值，将温度传感器迅速插入沸水中，插入深度15mm,并记下这一时刻；当温度不再变化时,计算机记录沸水时温度传感器PtlOO静态值。2、根据温度传感器和液体温度计结构，对两者的热传递特性分别采用三个一阶系统串联而成的三阶系统和带有纯滞后的一阶惯性系统确定各自的传递函数，借助计算机工具语言MATLAB分析温度响应曲线及实验数据拟合求解，确定温度传感器和液体温度计传递函数时间常数，具体步骤为:
I)将温度传感器PtlOO (7)设置在加热环境采用恒速率升温、恒速率降温的被检测设备中，热量经过不锈钢护套(2)和绝热石棉纤维(4)传给钼热电阻丝(I )，将每一次热传递看作是一个带有纯滞后的一阶惯性系统，则温度传感器PtlOO可看作三个一阶系统串联而成的三阶系统，温度传感器PtlOO传递函数为
权利要求
1.一种温度自动检测的补偿方法，其特征在于 A、采用水浴恒温加热法，使温度自动检测系统以恒定速率升温，进行温度检测； B、利用液体温度计标定温度传感器的静态特征值； C、温度传感器和液体温度计的热传递特性分别采用三个一阶系统串联而成的三阶系统和带有纯滞后的一阶惯性系统确定各自的传递函数，借助计算机工具语言MATLAB分析温度响应曲线及实验数据拟合求解，确定各自的时间常数； D、引入补偿环节，将温度自动检测系统温度动态特性逼近液体温度计温度动态特性，利用三个一阶微分环节和一个一阶惯性环节的串联，确定补偿函数；用计算机工具语言MATLAB对补偿函数的时间常数做微小调整，反复试验修改补偿函数的参数，得到更好的拟合逼近效果。
2.一种温度自动检测系统，其特征在于该系统是由恒流源、温度传感器、信号调理放大器、Α/D转换器、单片机、计算机连接构成，由单片机对温度传感器进行定时采集，并对采集的数据进行非线性处理，然后通过串行接口发送给计算机。
3.根据权利要求2所述的温度自动检测系统，其特征在于所述的温度传感器是由钼热电阻丝，护套，绝缘骨架，绝热石棉纤维及引线构成，位于护套内的绝缘骨架上绕制钼热电阻丝，钼热电阻丝 上连接有引线，在护套与绝缘骨架之间填充有绝热石棉纤维。
全文摘要
本发明涉及一种温度自动检测的补偿方法及温度自动检测系统，该方法采用水浴恒温加热法升温检测，利用液体温度计标定温度传感器的静态特征值，热传递特性分别采用三个一阶系统串联而成的三阶系统和带有纯滞后的一阶惯性系统确定各自的时间常数和补偿函数。该系统是由恒流源、温度传感器、信号调理放大器、A/D转换器、单片机、计算机连接构成。其特点是将温度自动检测系统动态特性逼近液体温度计，根据同一型号温度传感器的温度自动检测系统在相对稳定的实验环境中传递函数相同的特点，只需进行一次实验校准可完成对检测仪器参数的标定，提高了系统的准确性和便捷性。
文档编号G01K7/18GK103234662SQ20131015974
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月3日 优先权日2013年5月3日
发明者周志民, 那健, 曲元鑫, 陈杨 申请人:大连测控技术研究所