[发明专利]基于热电阻的高精度多点温度测量系统及温度校准方法

说明书

本发明属于温度测量领域，提出了一种基于热电阻的高精度多点温度测量系统及校准方法，包括链式温度传感器、模拟开关电路、信号采集单元、单片机和显示单元。链式温度传感器包括多个热电阻温度敏感元件；模拟开关电路的控制端与单片机的输出端连接；信号采集单元由模数转换芯片组成，热电阻温度敏感元件的信号输出端通过模拟开关电路与模数转换芯片的输入端连接；检测到的热电阻温度敏感元件的电压值被转换为阻值R存储于模数转换芯片内，单片机可通过SPI通信获取采集的热电阻阻值R，以经过分析计算得到的温度校准方法为基础，在单片机中实现数据处理，得到准确的温度值。本发明有效提高了低温环境下的温度测量精度，可广泛应用于环境研究领域。

技术领域

本发明属于温度测量领域，具体涉及一种基于热电阻的高精度多点温度测量系统及温度校准方法。

背景技术

温度是环境研究中重要的测量参数之一。高寒地区冬季的河流结冰现像通常通过测量河流冰盖剖面温度获知冰层厚度的演变过程，同时在极地科学中，开展冰盖或冰川内部热力学分布规律的研究，也是有效反映气候变化的重要手段。因此提高温度传感器检测的精度和稳定性是环境测量领域的迫切要求。

DS18B20作为目前主流的测温传感器，具有体积小、接口简单，成本低廉等优点，但是其精度只有0.5℃，难以满足高精度温度检测的需求。热电阻虽然具有温度系数高，灵敏度高的优点，但是，其阻值与温度呈非线性指数变化关系，所以低温环境下的使用必须通过进一步研究阻温关系得出更为精确的标定方程才能够实现温度的准确测量。

一种基于温度数据的风机齿轮箱子空间故障预测方法(CN 103743563 B)报道了一种将残差作为随机状态空间模型的观测量，并利用回归分析方法对温度数据进行单步预测的技术，其主要应用于齿轮箱的故障预测，对温度的精度要求较低，且未涉及到低温环境下的多点温度测量。此外，在热电阻的测温电路中，通常使用模拟开关实现温度的多点测量，但是低温环境中模拟开关内阻大小会影响最终的测量精度。因此有必要发明一种同时考虑阻值与温度关系以及模拟开关内阻的温度测量系统，以解决在低温环境中难以实现高精度多点温度测量的问题。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于热电阻的高精度多点温度测量系统，实现多点温度的精确测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于热电阻的温度测量系统的温度校准方法，包括以下步骤：

S1、将热电阻温度敏感元件接入温度测量系统，并在低温恒温箱内进行测试，改变低温恒温箱的温度，通过温度测量系统测量不同温度T_real下的热电阻温度敏感元件的阻值R，并利用经验公式T_fit＝B/(lnR-A)计算得到热电阻温度敏感元件在不同温度下对应的拟合测量值T_fit，其中A和B代表拟合常数；

S2、计算各个温度T_real下的温度残差值T_residual，计算公式为：T_real-T_fit＝T_residual；

S3、通过二阶多项式拟合实际温度T_real与温度残差值T_residual的关系，拟合公式为：T_residual＝aT²_real+bT_real+c；

S4、拟合得到二阶多项式的拟合系数a，b，c后，根据热敏电阻的测量阻值R，利用校准公式计算得到校准后的实际温度T_real，所述校准公式为：

所述步骤S1中，还包括以下步骤：对接入温度测量系统的热电阻温度敏感元件的实测阻值R和实时温度数据T_real进行分析，通过经验公式进行拟合，得到拟合常数A和B。