一种用于温度传感器检测温度的补偿方法技术

本发明专利技术一种用于温度传感器检测温度的补偿方法，属于传感测控领域，首先以国标１号水银温度计为温度检测标准，建立温度传感器Ｐｔ１００的数学模型，确定传递函数，其次通过实验确定温度传感器Ｐｔ１００传递函数中的参数，引入三阶模型来描述其温度特性，利用ＭＡＴＬＡＢ软件对实验数据进行拟合，引入补偿函数，确定补偿算法，最后转换用计算机语言实现的差分方程，达到实现自动化检测温度目的。该补偿方法将温度传感器Ｐｔ１００动态特性很好的逼近国标１号水银温度计的动态特性，在实际应用中得到了较好的验证。该方法方便易行，测量结果准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感测控领域，特别涉及一种用于温度传感器检测温度的 补偿方法，应用于自动化检测仪器的温度性能精密检测领域中。
技术介绍
早期温度检测大多是手动操作，常用国标1号水银温度计进行温度检 测。随着计算机技术的发展，自动化检测仪器逐渐取代了手动仪器，采用 温度传感器代替液体温度计是大势所趋。利用国标1号水银温度计的手动 捡测仪器的缺点是.，效率低下、无法实现过程控制，特别是无法实现自动化、信息化。自动化检测仪器使用温度传感器PtlOO代替液体温度计，要求被测物品在特定的温度曲线条件下进行检测，造成二者的动态特性差异会 给测量带来较大的误差。传统的补偿方法是实验中选取一条温度变化曲线上的若干点做线性修正被测物品选择2 3。C/min速率升温，温度传感器 Ptl00读数作为修正曲线，每隔5。C为一点进行修正，使其与这一时刻温度 与国标1号水银温度计读数相同，再对相邻点温度进行线性修正。这种选 择特殊温度点、并对特定温度点与点之间采用线性标定的方式，虽然使二 者在固定的温度点有相同的动态特性，但有很大的局限性，而且需要对每 台仪器逐个修正。因为国家对国标1号温度计有严格检验标准，为使自动 化检测仪器符合国家检测标准，必须采用动态补偿使温度传感器Pt100的动 态特性逼近国标1号水银温度计。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是为了克服传统测量及补偿方法的不足、测 量结果不准等的局限性，以国标1号水银温度计为标准，对温度传感器PtlOO进行动态补偿，确定补偿函数，并能通过计算机语言实现该算法。本专利技术采用的技术方案首先以国标1号水银温度计为温度检测标准，建立温度传感器PUOO的数学模型，确定传递函数，其次通过实验确定温度 传感器Pt100传递函数参数，引入三阶模型来描述其温度特性，利用 MATLAB软件对实验数据迸行拟合，引入补偿函数，确定补偿算法，最后 用转换计算机语言实现可以实现的差分方程，达到实现自动化检测温度目的1) 建立温度传感器PtlOO的数学模型，确定传递函数 将温度传感器Ptl00可看作三个一阶系统串联而成的三阶系统，温度传感器Ptl00传递函数为式中Gp(5)为温度传感器Pt100的传递函数，《为第i次热传递系统的比例系数，z;为第i次热传递系统的时间常数，设则有GnO) = ^。x~^~x~^~X~i~ (2)2) 通过实验确定温度传感器PtlOO传递函数参数-通过计算机系统检测装置使用高精度变阻箱对测量通道进行标定，然 后对温度传感器Ptioo在多个恒温状态下进行静态校正，实验步骤为实验 装置开机，预热io分钟，使实验装置的元器件达到稳定工作状态，然后以国标1号水银温度计为标准取(TC、 10°C、 20°C、 、 lO(TC共ll个温度环境，标定温度传感器PtlOO的静态精度，使得^^^^1，将温度传感器 PtlOO置于室温中，使其达到热传递平衡，利用计算机开始记录传感器温度， 当温度不再变化时，将传感器迅速插入沸水中，插入深度15mm，并记下这 一时刻，室温下测量温度记作^，沸水中测量的终态温度记作艮，在 MATLAB软件中将测量温度按公式(4)做归一化处理，=AZ25_ (4)L 一少o利用MATLAB软件拟合，确定参数，由公式(2)可得温度传感器PtlOO 的阶跃响应为少(/) = 1--S-,,--S-,2--S-e, (5)(r广r,)(:t3-7;) (j;-r2)(r3-r2) (7;-:r3)(:r2-r3)再利用MATLAB软件对实验数据按公式(5)进行拟合，可以得到 r,3.196， 7^0.4598' r3=0.4606，将r。 T2、 73代入公式(2)得到温度传感器PU00的传递函数<formula>formula see original document page 7</formula> (6)3)确定动态特性逼近的补偿算法.-为了温度传感器PtlOO动态特性逼近国标1号水银温度计的动态特性， 需要找到一个补偿环节G。<formula>formula see original document page 7</formula>(9)补偿环节g可以看作三个一阶微分环节和一个一阶惯性环节的串联各环节，则连续时域微分方程分别为<formula>formula see original document page 7</formula>(11)， <formula>formula see original document page 7</formula> (12)，<formula>formula see original document page 7</formula> (13)式中W)为温度传感器PtlOO的时域测量温度，"i(,)为时域的中间温度l， "2(0为时域的中间温度2， w(0为时域的中间温度3， K0为温度传感 器Pt100补偿后的时域测量温度。 4)计算机语言实现补偿算法 为了便于被测物品自动化检测仪器即计算机语言能够实现该算法，取采样周期为T，对微分运算做如下近似 <formula>formula see original document page 7</formula> (14)则公式(10)、 (11)、 (12)、 (13)可以变换成差分方程，进而得到补 偿环节的算法<formula>formula see original document page 7</formula>(15), <formula>formula see original document page 7</formula> (16) <formula>formula see original document page 7</formula> (17), <formula>formula see original document page 7</formula> (18)式中x(/t)为k时刻温度传感器PtlOO的时域测量温度，",("为k日寸亥U 时域的中间温度1， "2(&)为k时刻的时域中间温度2， "3(^为k时刻的时域中间温度3， y(W为k时刻温度传感器PtlOO补偿后的时域测量温度，用 MATLAB软件对补偿环节中7;、 T2 、 T3 、 i;,做微小调整，反复仿真试验， 进而得到更好的逼近效果，将测量的温度数据按照公式(15)、 (16)、 (17)、 (18)的补偿算法做修正，重复该实验确定补偿函数的参数。采用的计算机系统检测装置结构，由恒流源、温度传感器PtlOO、信号 调理电路、A/D转换、计算机组成，编写单片机程序对温度传感器PtlOO 进行10ms时间间隔定时采集，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，计算机对单片机上传的测量数据进行记录，恒流源到 A/D转换要经过两次标定，首先使用高精度变阻箱对测量通道进行标定， 然后对温度传感器PtlOO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于温度传感器检测温度的补偿方法，其特征是，首先以国标１号水银温度计为温度检测标准，建立温度传感器Ｐｔ１００的数学模型，确定传递函数，其次通过实验确定温度传感器Ｐｔ１００传递函数中的参数，引入三阶模型来描述其温度特性，利用ＭＡＴＬＡＢ软件对实验数据进行拟合，引入补偿函数，确定补偿算法，最后转换用计算机语言可以实现的差分方程，达到实现自动化检测温度目的：　１）建立温度传感器Ｐｔ１００的数学模型，确定传递函数：　将温度传感器Ｐｔ１００可看作三个一阶系统串联而成的三阶系统，温度传感器Ｐｔ１００传递函数为：　Ｇ↓［ｐ］（ｓ）＝＊＊＊　（１）　式中：Ｇ↓［ｐ］（ｓ）为温度传感器Ｐｔ１００的传递函数，Ｋ↓［ｉ］为第ｉ次热传递系统的比例系数，Ｔ↓［ｉ］为第ｉ次热传递系统的时间常数，设：Ｋ↓［ｐ］＝Ｋ↓［１］×Ｋ↓［２］×Ｋ↓［３］，则有：　＊＊＊　（２）　２）通过实验确定温度传感器Ｐｔ１００传递函数参数：　通过计算机系统检测装置使用高精度变阻箱对测量通道进行标定，然后对温度传感器Ｐｔ１００（７）在多个恒温状态下进行静态校正，实验步骤为：实验装置开机，预热１０分钟，使实验装置的元器件达到稳定工作状态，然后以国标１号水银温度计为标准取０℃、１０℃、２０℃、……、１００℃共１１个温度环境，标定温度传感器Ｐｔ１００（７）的静态精度，使得Ｋ↓［ｍ］＝Ｋ↓［ｐ］＝１，将温度传感器Ｐｔ１００（７）置于室温中，使其达到热传递平衡，利用计算机开始记录传感器温度，当温度不再变化时，将传感器迅速插入沸水中，插入深度１５ｍｍ，并记下这一时刻，室温下测量温度记作ｙ↓［０］，沸水中测量的终态温度记作ｙ↓［∞］，在ＭＡＴＬＡＢ软件中将测量温度按公式（４）做归一化处理：　＊＊＊　（４）　利用ＭＡＴＬＡＢ软件拟合，确定参数，由公式（２）可得温度传感器Ｐｔ１００的阶跃响应为：　ｙ（ｔ）＝１－Ｔ↓［１］↑［２］／（Ｔ↓［２］－Ｔ↓［１］）（Ｔ↓［３］－Ｔ↓［１］）ｅ↑［－ｔ／Ｔ↓［１］］－Ｔ↓［２］↑［２］／（Ｔ↓［１］－Ｔ↓［２］）（Ｔ↓［３］－Ｔ↓［２］）ｅ↑［－ｔ／Ｔ↓［２］］－Ｔ↓［３］↑［２］／（Ｔ↓［１］－Ｔ↓［３］）（Ｔ↓［２］－Ｔ↓［３］）ｅ↑［－ｔ／Ｔ↓［３］］　（５）　再利用ＭＡＴＬＡＢ软件对实验数据按公式（５）进行拟合，可以得到Ｔ↓［１］＝３．１９６，Ｔ↓［２］＝０．４５９８，Ｔ↓［３］＝０．４６０６，将Ｔ↓［１］、Ｔ↓［２］、Ｔ↓［３...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张元良，周志民，修伟，王君明，郎庆阳，张刚，杨小乐，崔世界，冯旭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[]