一种测温系统及方法与流程

本发明涉及温度测量技术领域，特别涉及一种测温系统及方法。

背景技术：

在工业控制领域，很多电气控制设备都需要对温度信号进行检测，以实现对设备的监控、保护及控制调节等功能。目前，最广泛使用的温度检测元件是热电偶，热电偶是由两种不同金属导体的结点制成的温度传感器，是一种把温度转换为电压的器件，可用于测量温度等物理量，其可测量的温度范围较大。热电偶作为一种精度高、结构简单、测温范围广、惯性小的传感器，应用极为广泛。

热电偶包括热端和冷端，其中，热端也称为测量端，是热电偶与被测设备直接接触的一端，是被测设备的温度测量点；冷端也称为自由端，是热电偶通过引线与测量装置连接的一端。热电偶在采样时，温度信号会使热端形成一个电势差，该电势差大小与测量的温度呈一定的比例关系。利用热电偶进行采样时需要先测量冷端温度，换算为对应的毫伏值，再与热电偶的热端的毫伏值相加，换算出的温度就是测温点的实际温度。因此，如果要准确测温，冷端温度的准确测量尤为重要。

目前，在利用热电偶进行温度测量时，通常是将热电偶通过补偿导线连接到测量装置，将补偿导线与测量装置的连接点(即测量装置的信号处理电路的热电偶信号输入端)的温度算作热电偶的冷端温度。通过在该热电偶信号输入端上或靠近该热电偶信号输入端的pcb(printedcircuitboard，印制电路板)板上设置温度传感器来获取该连接端的温度。但是，在被测设备距离测量装置较远时，热电偶的实际冷端温度t1(热电偶通过引线与测量装置连接的一端)与测量装置冷端温度t2(即测量装置的信号处理电路的热电偶信号输入端)是有差别的。这时如果按照t2计算就会导致测温不准的问题。此外，如果将温度传感器设置于该热电偶信号输入端上，则需要占用一路测温通道；如果将温度传感器置于测量装置内部的pcb板上，则板上的温升会影响冷端温度准确性，同样导致测温不准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测温系统及方法，以实现远距离采样时采用外部冷端温度补偿方式保证采样精度；近距离采样时采用内部冷端温度补偿方式，释放多一路通道。

本发明为了达到上述目的，采用的技术方案是：一种测温系统，其特征在于，包括热电偶采样模块、热电阻采样模块、测量装置和温度传感器，其中，所述热电偶采样模块的热端设置于被测设备的测温点，并用于采集所述被测设备的热电偶电压信号；

所述热电阻采样模块，用于采集设置于所述热电偶采样模块的冷端的热电阻的电压信号；

所述温度传感器，用于采集所述测量装置的内部冷端温度信号；

所述测量装置，用于选择冷端温度补偿方式并根据选择的补偿方式计算所述被测设备的温度。

优选地，所述冷端温度补偿方式包括内部冷端温度补偿方式和外部冷端温度补偿方式；当选择所述内部冷端温度补偿方式时，所述测量装置根据所述热电偶电压信号和所述内部冷端温度信号计算所述被测设备的温度；当选择所述外部冷端温度补偿方式时，所述测量装置根据所述热电偶电压信号和所述热电阻的电压信号计算所述被测设备的温度。

优选地，所述测量装置包括模式选择单元，所述模式选择单元根据所述被测设备与所述测量装置之间的距离来选择所述冷端温度补偿方式；

当所述被测设备与所述测量装置之间的距离小于或等于预设阈值时，所述测量装置选择所述内部冷端温度补偿方式；当所述被测设备与所述测量装置之间的距离大于所述预设阈值时，所述测量装置选择所述外部冷端温度补偿方式。

优选地，所述测量装置还包括内部冷端温度计算模块，所述内部冷端温度计算模块包括第一换算单元、第二换算单元：

所述第一换算单元，用于根据热电偶温度电压对照表，将所述内部冷端温度信号换算为第一电压值；

所述第二换算单元，用于根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第一电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

优选地，所述热电阻采样模块包括热电阻、开关、电流源和偏置电阻，所述热电阻设置在所述热电偶采样模块的冷端，所述电流源、所述热电阻、所述开关和所述偏置电阻依次串联后接地，通过测量所述热电阻的电压来获取所述热电阻的电压信号。

优选地，当选择所述外部冷端温度补偿方式时，所述测量装置控制所述开关闭合；

所述测量装置还包括外部冷端温度计算模块，所述外部冷端温度计算模块包括第三换算单元、第四换算单元、第五换算单元和第六换算单元：

所述第三换算单元，用于将所述热电阻的电压信号换算为所述热电阻的电阻值；

所述第四换算单元，用于根据热电阻温度阻值对照表，将所述电阻值转换为温度值；

所述第五换算单元，用于根据热电偶温度电压对照表，将所述温度值换算为第二电压值；

所述第六换算单元，用于根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第二电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

优选地，所述温度传感器设置在所述测量装置的信号输入端口一侧的印制电路板pcb上，且靠近所述测量装置的入风口。

相应地，本发明还提供一种测温方法，包括以下步骤：

步骤s1：采集所述被测设备的热电偶电压信号；

步骤s2：选择用于计算被测设备的温度的冷端温度补偿方式，并在选择内部冷端温度补偿方式使执行步骤s3，在选择外部冷端补偿方式时执行步骤s4；

步骤s3：采集所述测量装置的内部冷端温度信号，并根据所述热电偶电压信号和所述内部冷端温度信号计算所述被测设备的温度；

步骤s4：采集所述热电偶采样模块的冷端的热电阻电压信号，并根据所述热电偶信号和所述热电阻电压信号计算所述被测设备的温度。

优选地，在所述步骤s1中，根据所述被测设备与测量装置之间的距离来选择所述冷端温度补偿方式；

当所述被测设备与所述测量装置之间的距离小于或等于预设阈值时，所述测量装置选择所述内部冷端温度补偿方式；当所述被测设备与所述测量装置之间的距离大于所述预设阈值时，所述测量装置选择所述外部冷端温度补偿方式。

优选地，当选择所述内部冷端温度补偿方式时，所述步骤s3包括：

步骤s31：采集所述测量装置的所述内部冷端温度信号；

步骤s32：根据热电偶温度电压对照表，将所述内部冷端温度信号换算为第一电压值；

步骤s33：根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第一电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

优选地，当选择所述外部冷端温度补偿方式时，

所述步骤s4包括：

步骤s41：采集所述热电偶采样模块的冷端的热电阻的电压信号

步骤s42：将所述热电阻的电压信号换算为所述热电阻的电阻值；

步骤s43：根据热电阻温度阻值对照表，将所述电阻值转换为温度值；

步骤s44：根据热电偶温度电压对照表，将所述温度值换算为第二电压值；

步骤s45：根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第二电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

本发明有如下优点：本发明提供的测温系统和方法，通过热电偶采样模块采集被测设备测温点的热电偶电压信号；通过热电阻采样模块采集热电偶采样模块冷端的热电阻的电压信号；通过温度传感器采集内部冷端温度信号；通过测量装置选择冷端补偿方式并根据选择的冷端温度补偿方式利用上述采集的信号计算被测设备的温度。这样，通过不同的冷端温度补偿方式既可以保证采样精度，又可以提高采样通道的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示是本发明一实施例提供的测温系统的原理图；

图2所示为本发明一实施例提供的热电阻采样模块的原理图；

图3所示为本发明一实施例提供的测量装置的原理图；

图4所示是本发明一实施例提供的测温方法的流程图；

图5所示是本发明一实施例提供的步骤s3的流程图；

图6所示是本发明一实施例提供的步骤s4的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示是本发明一实施例提供的测温系统的原理图。如图1所示，本发明的测温系统包括热电偶采样模块10、热电阻采样模块20、测量装置30和温度传感器40。

在本发明一实施例中，热电偶采样模块10，用于采集被测设备的热电偶电压信号。具体地，热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，因此，热电偶采样模块10的热电偶的热端与被测设备的测温点直接接触，然后通过采样通道(例如，导线)将采集的热电偶电压信号传送至测量装置30的热电偶电压信号输入端。

在本发明一实施例中，热电阻采样模块20，用于采集热电偶采样模块10的冷端的热电阻电压信号。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。具体地，如图2所示，所述热电阻采样模块20包括热电阻210、开关220、电流源230和偏置电阻240，其中，所述热电阻210设置在所述热电偶采样模块10的冷端，即热电偶与导线相连接的一端，这样，热电阻210就设置在了热电偶采样模块10的实际冷端，其反应的就是热电偶的实际冷端温度。所述电流源230、所述热电阻210、所述开关220和所述偏置电阻240依次串联后接地，这样，在开关220闭合后，电流源230经过热电阻210形成电流回路，在热电阻210上形成了一个电压差，通过测量所述热电阻210的电压来获取所述热电阻电压信号。

在本发明一实施例中，所述温度传感器30，用于采集所述测量装置40的内部冷端温度信号。当测量装置40与被测设备的距离较近时，热电偶采样模块10通过一根较短的导线即可与测量装置40相连接，在这种情况下，测量装置40的信号输入端口的温度与热电偶采样模块10的实际冷端的温度相差不大，因此，可将测量装置40的温度用作热电偶采样模块10的冷端温度。

进一步地，为了避免pcb温升影响冷端温度，且为了使测量装置的温度更准确的体现冷端温度，所述温度传感器30设置在所述测量装置40的信号输入端口(例如，热电偶电压信号输入端口和热电阻电压信号输入端口)一侧的pcb板上，且靠近所述测量装置40的入风口。此外，如果pcb板上温升较大，在布线时pcb板上应避免铺铜，同时可做开槽处理，以进一步地保证温度测量的准确性。

在本发明一实施例中，所述测量装置40，用于选择冷端温度补偿方式并根据选择的冷端温度补偿方式计算所述被测设备的温度。其中，冷端温度补偿方式包括内部冷端温度补偿方式和外部冷端温度补偿方式；当选择内部冷端温度补偿方式时，所述测量装置根据来自所述热电偶电压信号和所述内部冷端温度信号，计算所述被测设备的温度；当选择外部冷端温度补偿方式时，所述测量装置根据所述热电偶信号和所述热电阻电压信号，计算所述被测设备的温度。

图3所示为本发明一实施例提供的测量装置的原理图。如图3所示，测量装置40包括模式选择单元410、内部冷端温度计算模块420和外部冷端温度计算模块430。

在本发明一实施例中，所述模式选择单元410，用于根据所述被测设备与所述测量装置40之间的距离来选择所述冷端温度补偿方式；当所述被测设备与所述测量装置之间的距离小于或等于预设阈值时(例如，10米)，所述测量装置选择所述内部冷端温度补偿方式；当所述被测设备与所述测量装置之间的距离大于所述预设阈值时，所述测量装置选择所述外部冷端温度补偿方式。测量装置根据与被测设备的距离远近来选择不同的冷端温度补偿方式，当两者距离较近时，测量装置的温度与被测设备的温度差别较小，因此，可以用温度传感器测得的测量装置的内部冷端温度信号来作为热电偶的冷端温度；当两者距离较远时，测量装置的温度与被测设备的温度相差较大，此时，如果仍然使用测量装置的温度作为热电偶的冷端温度，会给测量结果带来较大误差，因此，需要通过热电偶的冷端设置的热电阻来计算热电偶的冷端温度，以提高测量结果的精确性。

进一步地，当选择所述内部冷端温度补偿方式时，所述测量装置通过内部冷端温度计算模块420来计算所述被测设备的温度，内部冷端温度计算模块420根据所述热电偶电压信号和所述内部冷端温度信号计算所述被测设备的温度。如图3所示，所述内部冷端温度计算模块420包括第一换算单元421和第二换算单元422。其中，所述第一换算单元421用于根据热电偶温度电压对照表，将所述内部冷端温度信号换算为第一电压值；所述第二换算单元422用于根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第一电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

具体地，使用内部冷端温度补偿时，将置于测量装置pcb靠近端口处的温度传感器测得的温度，由软件处理转化为电压信号，再与热电偶电压输入端口采得电压值相加处理，反算即可得到实际测温点温度，此种模式适用于测温点与测量装置温差不大的情况。此外，在此种情况下，如果需要同时对多个设备进行温度测量，可以将热电阻换为热电偶，控制开关断开，这样，这个通道就也可用作热电偶采样使用。

进一步地，当选择所述外部冷端温度补偿方式时，所述测量装置控制所述开关闭合，所述测量装置通过外部冷端温度计算模块430来计算所述被测设备的温度，外部冷端温度计算模块430根据所述热电偶电压信号和所述热电阻的电压信号计算所述被测设备的温度。如图2所示，所述外部冷端温度计算模块420包括第三换算单元431、第四换算单元432、第五换算单元433和第六换算单元434。其中，所述第三换算单元431用于将所述热电阻电压信号换算为所述热电阻的电阻值；所述第四换算单元432用于根据热电阻温度阻值对照表，将所述电阻值转换为温度值；所述第五换算单元433用于根据热电偶温度电压对照表，将所述温度值换算为第二电压值；所述第六换算单元434用于根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第二电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

具体地，在测量装置与被测设备较远时，测量装置通过控制热电阻采样模块的开关闭合来选择外部冷端补偿方式，即通过热电阻来反映热电偶的实际冷端的温度并通过外部冷端温度计算模块来计算被测设备的温度。当开关闭合后，热电阻电压信号输入接口采得热电阻的电压值，通过软件换算为对应的电阻值，即可采得冷端温度；再将冷端温度换算成对应的电压值，与热电偶电压信号输入接口采得的电压值相加，反算得到实际测温点温度，以实现温度采样。由于这里利用设置在热电偶实际冷端的热电阻来计算冷端温度，因此，可以精确的反映出热电偶的冷端温度，测量结果精确度较高。

本实施例提供的测温系统，提供了两种冷端温度补偿方式，在被测设备和测量装置相距较近时，根据来自热电偶采样模块的热电偶电压信号和来自温度传感器的内部冷端温度信号来计算被测设备的温度；在被测设备和测量装置相距较远时，根据来自热电偶采样模块的热电偶电压信号和来自热电阻采样模块的热电阻电压信号来计算被测设备的温度。这样，远距离采样采用外部补偿保证采样精度；近距离采样采用内部补偿，释放多一路采样通道。

图4所示是本发明一实施例提供的测温方法的流程图。如图4所示，该测温方法包括以下步骤：

步骤s1：采集所述被测设备的热电偶电压信号；

具体地，热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，因此，热电偶采样模块10的热电偶的热端与被测设备的测温点直接接触，然后通过采样通道(例如，导线)将采集的热电偶电压信号传送至测量装置30的热电偶电压信号输入端。

步骤s2：选择用于计算被测设备的温度的冷端温度补偿方式，判断测量装置选择的是不是内部冷端温度补偿方式，如果是，则执行步骤s3；如果不是，则执行步骤s4。；

步骤s3：采集所述测量装置的内部冷端温度信号，并根据所述热电偶电压信号和所述内部冷端温度信号计算所述被测设备的温度；；

在本发明一实施例中，通过温度传感器来采集所述测量装置的内部冷端温度信号。当测量装置与被测设备的距离较近时，热电偶采样模块通过一根较短的导线即可与测量装置相连接，在这种情况下，测量装置的信号输入端口的温度与热电偶采样模块的实际冷端的温度相差不大，因此，可将测量装置的温度用作热电偶采样模块的冷端温度。

具体地，使用内部冷端温度补偿时，将置于测量装置pcb靠近端口处的温度传感器测得的温度，由软件处理转化为电压信号，再与热电偶电压输入端口采得电压值相加处理，反算即可得到实际测温点温度，此种模式适用于测温点与测量装置温差不大的情况。因此，如图5所示，所述步骤s3包括：

步骤s31：采集所述测量装置的所述内部冷端温度信号；

步骤s32：根据热电偶温度电压对照表，将所述内部冷端温度信号换算为第一电压值；

步骤s33：根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第一电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

步骤s4：采集所述热电偶采样模块的冷端的热电阻电压信号，并根据所述热电偶信号和所述热电阻电压信号计算所述被测设备的温度。

具体地，在测量装置与被测设备较远时，测量装置通过控制热电阻采样模块的开关闭合来选择外部冷端补偿方式，即通过热电阻来反映热电偶的实际冷端的温度并通过外部冷端温度计算模块来计算被测设备的温度。当开关闭合后，热电阻电压信号输入接口采得热电阻的电压值，通过软件换算为对应的电阻值，即可采得冷端温度；再将冷端温度换算成对应的电压值，与热电偶电压信号输入接口采得的电压值相加，反算得到实际测温点温度，以实现温度采样。由于这里利用设置在热电偶实际冷端的热电阻来计算冷端温度，因此，可以精确的反映出热电偶的冷端温度，测量结果精确度较高。因此，所述步骤s4包括：

步骤s41：采集所述热电偶采样模块的冷端的热电阻的电压信号；

步骤s42：将所述热电阻电压信号换算为所述热电阻的电阻值；

步骤s43：根据热电阻温度阻值对照表，将所述电阻值转换为温度值；

步骤s44：根据热电偶温度电压对照表，将所述温度值换算为第二电压值；

步骤s45：根据所述热电偶温度电压对照表，将所述第二电压值与所述热电偶电压信号之和转换为所述被测设备的温度。

本发明根据选择的所述冷端温度补偿方式和所述热电偶电压信号，计算所述被测设备的温度，其中，当选择内部冷端温度补偿方式时，根据所述热电偶电压信号和来自温度传感器的内部冷端温度信号，计算所述被测设备的温度；当选择外部冷端温度补偿方式时，根据所述热电偶信号和来自热电阻采样模块的热电阻电压信号，计算所述被测设备的温度。

本实施例提供的测温方法，提供了两种冷端温度补偿方式，在被测设备和测量装置相距较近时，根据来自热电偶采样模块的热电偶电压信号和来自温度传感器的内部冷端温度信号来计算被测设备的温度；在被测设备和测量装置相距较远时，根据来自热电偶采样模块的热电偶电压信号和来自热电阻采样模块的热电阻电压信号来计算被测设备的温度。这样，远距离采样采用外部补偿保证采样精度；近距离采样采用内部补偿，释放多一路通道。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。