[发明专利]基于新测温原理的快速预测型温度计

说明书

本发明涉及一种温度测量装置，特别是一种基于新测温原理的快速预测型温度计。它从测量传热过程初期的温度数值和相应导数值，削去包含在这些可测量变量中的系统热参数如测温探头的质量、待测温物的集中参数质量和二者相应的比热容，温度计与被测温物之间的热耦合参数等，从而依靠少数温度检测数据，快速外推出待测温物表面深层处稳定不变温度的普适型接触测温的温度计。

在接触测温过程中，人们总是根据热平衡原理进行温度测量。即温度计与待测温物体接触足够长时间后，二者温度相等，根据温度计本身某个与温度一一对应的特性参数的变化，指示出温度计本身温度的数值。用这种测温方法得到的温度数值与测温计的特性及温度计与待测温物之间的接触方式无关，即与所用的温度计无关、与测温的方式无关。根据热平衡原理做出的温度计，都是普适型温度计。

要提高基于热平衡原理的温度计的测温速度，只有①减小温度计的质量和比热容，以减小温度计的热惯性，使温度计的温度迅速变化；②加大温度计与待测温物之间的热耦合，以加大单位时间内的传热量，缩短热传导过程。但这类温度计的指示不稳定，易于在环境温度微小改变的条件下，指示出不同的温度值。所以用改变上述两类条件的办法以缩短测温时间做出的温度计，到一定限度以后就没有实用价值了。

为了大幅度缩短接触型测温装置的测温时间，人们曾利用温度传感器与待测温物体接触时，在温度传感器的温度变化过程中测得的一些温度点，再利用计算机的强大计算能力，做温升曲线的曲线拟合，再用拟合曲线外推出终温，如文献US 4541734、EP 0338076等中所述的那样。正是因为是作全曲线拟合，为了减小测量误差，必须在较大的区间内作多点采样，这使得测量时间不能很短；温度传感器与待测温物之间的接触时间较长，对于那些比热容较小，质量较小的待测温物，将导至温度较大的下降，从而引出另一个描写待测物温度的状态方程。问题变成了联立求解温度传感器和待测温物两个状态的联立方程组，使得问题更加复杂，计算量增大。文献EP 0338076中详细讨论了此情况。另外，由于动用了价格较贵的计算机，从而不利于它作为普通测温工具的广泛使用。

本发明的设计思路是，当温度计的测温探头与待测温物接触时，若二者的温度不相等，就会有热量的传送，使得探头的温度发生变化。探头温升曲线的形状由二者的比热容、质量以及二者之间的热耦合系数决定，温升曲线中包含了这些参数。因而可以用温升曲线前段上的少数测量值，取代这些参数。使得温度的测量值与温度计及待测温物的特性参数无关，使得这种温度计成为普适性温度计。并达到了快速测温的目的。

本发明的目的是不从热平衡原理、而从传热过程出发，不做全曲线的拟合，而从描写传热过程的线性常微分方程出发，在线性外推中利用从温升曲线中得到的少量数据，消去传热系统中各自的比热容、质量、和相互间的热耦合系数等参数，再利用价格低廉的单片机做简单的计算，外推出终温。这种线性外推计算可以简化计算、缩短检测时间、提高结果的准确度。