基于双探头测温传感器的精度补偿方法及双探头测温传感器与流程

本发明涉及传感器精度补偿技术领域，尤其涉及基于双探头测温传感器的精度补偿方法及双探头测温传感器。

背景技术：

测温传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。测温传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。测温传感器的固有偏差，不只是测温元件本身的偏差带来的。测温传感器在工业上的应用，可以看做一种有复杂结构的仪器设备，将它安装在高温物体上时，就会发生从高温物体向周围环境的散热过程，在测温传感器中就形成了有温度梯度分布的温度场。测温传感器的偏差来源于散热过程，偏差的大小决定于温度场的温度分布梯度。目前测温传感器存在测温精度偏差较大，补偿困难，补偿算法不准确等问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于双探头测温传感器的精度补偿方法，解决了测温传感器测温精度偏差较大，补偿困难，补偿算法不准确的问题。

本发明提供基于双探头测温传感器的精度补偿方法，包括以下步骤：

确定精度补偿算法，精度补偿算法中包含由发热物体到第一测温探头的导热率与所述第一测温探头到第二测温探头的导热率的关系，而确定的补偿参数；

建立补偿参数的拟合函数，将所述补偿参数数据与所述第一测温探头的温度数据、所述第二测温探头的温度数据进行拟合，得到所述补偿参数的拟合函数；

测温传感器精度补偿，通过所述补偿参数的拟合函数，计算得出当前测温传感器的精度补偿参数的具体数值，将当前测温传感器的精度补偿参数的具体数值带入精度补偿算法公式，并输入当前的第一测温探头的温度数据、第二测温探头的温度数据，计算出当前的精度补偿值，通过所述精度补偿值对测温传感器进行精度补偿。

进一步地，采用传热学中的傅立叶定律，推导精度补偿算法，所述精度补偿算法为：

令则

其中，k为补偿参数，t0为发热物体温度，t1为第一测温探头的温度,t2为第二测温探头的温度，δt1为发热物体到第一测温探头的温度差，δt2为第一测温探头到第二测温探头的温度差，λ1为发热物体到第一测温探头的导热率，λ2为第一测温探头到第二测温探头的导热率，s1为发热物体到第一测温探头的传热路径材料截面积，s2为第一测温探头到第二测温探头的传热路径材料截面积，l1为发热物体到第一测温探头的传热路径材料长度，l2为第一测温探头到第二测温探头的传热路径材料长度。

进一步地，所述建立补偿参数的拟合函数步骤中，所述补偿参数与所述第一测温探头的温度、所述第二测温探头的温度的拟合函数为：

对所述拟合函数进行优化并简化，仅选择所述第二测温探头的温度数据作为变量的拟合函数，作为工程应用，优化并简化的形式为：

k＝b1t2+b2。

其中，b1、b2为线性方程常系数，通过实验数据拟合得到。

进一步地，所述测温传感器精度补偿步骤中，所述通过所述精度补偿值对测温传感器进行精度补偿的公式为：

t0＝k(t1-t2)+t1。

进一步地，所述第一测温探头和所述第二测温探头之间的结构件材料应为实心固体材质。

进一步地，所述第二测温探头安装于测温传感器的内侧外壳内侧，不突出于测温传感器的表面。

一种双探头测温传感器，包含有处理器、存储器和软件程序。其中所述软件程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述软件程序包括用于执行基于双探头测温传感器的精度补偿方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明基于双探头测温传感器的精度补偿方法，包括以下步骤：确定精度补偿算法，建立补偿参数的拟合函数，测温传感器精度补偿。本发明涉及一种测温传感器，用于执行基于双探头测温传感器的精度补偿方法。本发明使双探头测温传感器具备精度补偿功能。对于需要补偿精度的传感器除了原有测温探头，在测温传感器内部增加一个测温探头，形成所述的双探头测温传感器，采集两个不同位置的测温数据，根据双探头精度补偿算法得出测温精度补偿值，提高传感器的测温精度。补偿参数仅受传感器自身结构影响，不受外界环境因素影响。解决了测温传感器的固有精度偏差，补偿困难，补偿方法不准确的问题。本发明的基于双探头测温传感器的精度补偿方法，以实测数据为基础，通过精度补偿的方式，可以实现对被测物体内部中心温度做出准确的测量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的基于双探头测温传感器的精度补偿方法流程图；

图2为本发明的双探头测温传感器热传导模型示意图；

图3为本发明的环形的双探头测温传感器热传导示意图；

图4为本发明的补偿参数k值与热端温度(第一测温探头温度t1)线性函数示意图；

图5为本发明的补偿参数k值与冷端温度(第二测温探头温度t2)线性函数示意图；

图6为本发明的补偿后温度与发热物体实测温度偏差示意图；

图7为本发明的补偿后温度与发热物体实测温度对比曲线示意图；

图8为本发明的双探头测温传感器实测结果示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

基于双探头测温传感器的精度补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：

在一实施例中，以一种环形的双探头测温传感器进行说明。应当理解的是，本方法也适用于不同类型的温度传感器。双探头测温传感器热传导模型示意图如图2和图3所示，t0为发热物体温度，t1为传感器热端(第一测温探头)温度，t2为传感器冷端(第二测温探头)温度。根据傅立叶定律：

微分形式：宏观形式；

其中：λ为导热率(也称为导热系数)；q为热流量；s为材料截面积；t为温度，δt为温度差；l为在材料导热路径长度。

双探头测温传感器简化的热传导模型中：q1＝q2，从t0到t1的热流量q1等于t1到t2的热流量q2。

得到：为补偿参数。

s1为t0到t1的传热路径材料截面积；s2为t1到t2的传热路径材料截面积；l1为t0到t1的传热路径材料长度；l2为t1到t2的传热路径材料长度；λ1为t0到t1的导热率，λ2为t1到t2的导热率。为固定常数，令则：

双测温探头传感器精度补偿算法为：t0＝k(t1-t2)+t1。

因为λ1和λ2为组成双探头测温传感器结构材料的固有物理特性，即传感器组装完成后，它的k即确定了。补偿参数k是一条与材料温度相关的特性曲线。根据材料的物理特性：金属材料的导热率随材料温度的增加而减小，非金属材料的导热率随材料温度的增加而增加。通过实验数据拟合补偿参数k与材料温度间关系。一般采用在正常状态(无明显故障状态)的情况下，经过实验验证的补偿系数，默认实验状态为静态条件。优化并简化的，补偿参数算法线性关系函数：k＝b1t2+b2。

在一实施例中，选取不同的温度段，得到补偿参数与热端温度线性函数，如图4所示，可看出热端温度与补偿参数呈线性关系。如图5所示，冷端温度与补偿参数线性关系相关性较大。如图6所示，采用冷端与补偿参数的线性函数y＝0.0103x-0.1788，推算的补偿后温度与发热物体温度基本重合，偏差小于±1℃。如图7所示，推算的补偿后温度与发热物体实际温度的对比曲线，可看到推算的补偿后温度比实际温度有时间上的滞后，系统静态时，推算的补偿后温度与发热物体实际温度趋于一致。

在一实施例中，相同温度环境下，冷端探头t2安装于传感器内部。如图8所示，冷端探头t2(pcb温度)和热端探头的温度差异随温度的升高而增加。通过补偿算法计算出补偿后温度，偏差在±0.5℃之内。证明将冷端探头t2点选择在双探头测温传感器内部更好。

使用双测温探头，比单探头在结构上多了一个温度的数据，能有效回避外界环境因素对温度的影响。补偿参数k与传感器第二探头温度的关系函数是该传感器的一条特性曲线，仅由传感器自身的结构和材料特性确定，受外界环境影响极小。两个探头之间传热为实心固体材质最佳，可避免上述的特性曲线出现不稳定的情况。

双探头测温传感器中，包含有处理器、存储器和软件程序。其中软件程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，软件程序包括用于执行基于双探头测温传感器的精度补偿方法。

本发明使双探头测温传感器具备精度补偿功能。对于需要补偿精度的传感器除了原有测温探头，在测温传感器内部增加一个测温探头，形成所述的双探头测温传感器，采集两个不同位置的测温数据，根据双探头精度补偿算法得出测温精度补偿值，提高传感器的测温精度。补偿参数仅受传感器自身结构影响，不受外界环境因素影响。解决了测温传感器的固有精度偏差，补偿困难，补偿方法不准确的问题。本发明的基于双探头测温传感器的精度补偿方法，以实测数据为基础，通过精度补偿的方式，可以实现对被测物体内部中心温度做出准确的测量。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。