誤差校準(zhǔn)元件及帶有該元件的溫度變送器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種誤差校準(zhǔn)元件及帶有該元件的溫度變送器屬于溫度變送器、溫度傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的一種誤差校準(zhǔn)元件與智能模塊設(shè)為一體，所述的誤差校準(zhǔn)元件包括熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元、熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元、變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元和變送器測量溫度處理存儲單元。本發(fā)明還包括帶有上述誤差校準(zhǔn)元件的溫度變送器。本發(fā)明的技術(shù)方案具有可修正熱電偶冷端補(bǔ)償誤差、熱電偶與變送器整體的測量誤差和變送器自身溫漂誤差，使變送器連同熱電偶整體達(dá)到高精度的特點。
【專利說明】誤差校準(zhǔn)元件及帶有該元件的溫度變送器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溫度變送器、溫度傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種智能型誤差校準(zhǔn)元件及帶有該元件的溫度變送器。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器智能模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非線性校正、V / I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4?20mA電流信號輸出。溫度變送器可以進(jìn)行不同的分類，根據(jù)測溫元件的不同，溫度變送器主要包括熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器，熱電偶溫度變送器的結(jié)構(gòu)包括熱電偶和變送器智能電路模塊兩大部分，兩者通常分立設(shè)立。有時候，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償元件設(shè)于熱電偶冷端。
[0003]目前市場上熱電偶溫度變送器的溫度測量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶T-mv公式進(jìn)行計算獲得。同時，目前市場中熱電偶溫度變送器的最高測量精度為0.2%，此測量精度是針對標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶信號而得出的，而實際使用中的熱電偶溫度變送器器不是理論參數(shù)，都存在制造誤差。因此，熱電偶溫度變送器的整體測量精度遠(yuǎn)大于0.2%。另外，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償不是精密溫度補(bǔ)償，變送器智能電路模塊(以下簡稱“智能模塊”)不能修正自身的溫度漂移誤差，這些誤差都將累加到實際測量誤差中。
[0004]以目前配置的熱電偶溫度變送器(O?600°C量程，I級K偶、設(shè)備精度0.2% )為例。
[0005]I級K偶誤差為±0.4 % X 600 V =±2.4 °C;設(shè)備精度0.2%，誤差為±0.2% X600=±l.2°C，兩項疊加誤差為:± (2.4+1.2) =±3.6°C，這還沒算熱電偶冷端溫度補(bǔ)償誤差，如估算溫度熱電偶冷端溫度補(bǔ)償誤差±1°C，可有±(3.6+l)=±4.6°C的總誤差。此時實際的全量程輸出精度則跌落為:4.6 + 600=0.766%。如果再加入智能模塊部分的溫度漂移誤差，則熱電偶溫度變送器的精度會更低。
[0006]對于使用者來說關(guān)心的就是熱電偶溫度變送器的最終誤差——總體誤差，上述O?600°C的總體誤差可粗略認(rèn)為是0.766%，這一技術(shù)指標(biāo)顯然無法與生產(chǎn)中提出的精度要求相匹配，也沒有從根本上解決熱電偶制造分散性和測量誤差大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除熱電偶溫度變送器自身固有誤差的誤差校準(zhǔn)元件以及帶有該誤差校準(zhǔn)元件的變送器，該誤差校準(zhǔn)元件以及帶有該元件的溫度變送器具有測量精準(zhǔn)等特點。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種誤差校準(zhǔn)元件，該誤差校準(zhǔn)元件與熱電偶設(shè)為一體，并整合到智能模塊中，所述的誤差校準(zhǔn)元件包括熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元、熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元、變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元和變送器測量溫度處理存儲單元。[0010]經(jīng)過多個單元的測量、處理并存儲消除各種誤差后的待測對象的實際溫度值T保持了極高的精準(zhǔn)度。
[0011]本發(fā)明還包括一種溫度變送器，該溫度變送器包括熱電偶、熱電偶冷端補(bǔ)償元件和智能模塊，同時，該溫度變送器還包括上述的誤差校準(zhǔn)元件。
[0012]通過上述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明非常有效的解決了熱電偶溫度變送器自身固有誤差的問題，其設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本較低，且可以同時修正熱電偶的原始誤差、冷端補(bǔ)償元件的原始誤差和變送器自身溫度漂移造成的誤差，并確保在熱電偶冷端溫度大范圍變化時，保持溫度測量值應(yīng)有的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的誤差校準(zhǔn)元件的一種實施方式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的熱電偶溫度變送器的一種實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0016]如圖1和圖2所示，一種誤差校準(zhǔn)元件30，該誤差校準(zhǔn)元件30與智能模塊20設(shè)為一體。
[0017]如圖1所示，所述的誤差校準(zhǔn)元件30包括熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元31、熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元32、變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元33和變送器測量溫度處理存儲單元34，其中:
[0018]熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元31——用于熱電偶冷端補(bǔ)償誤差的校準(zhǔn)和有關(guān)數(shù)據(jù)的處理與存儲。測量熱電偶冷端溫度值tc，存儲實際的冷端溫度補(bǔ)償元件的溫度系
數(shù)(pl，p2,......pn),其中，tc=f (pn, R), R為冷端補(bǔ)償元件的阻值,根據(jù)tc和R可得出pn
值。測量、處理并存儲修正前的熱電偶溫度值Tl，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:Tl=f(mV，tc)，其中，mv為熱電偶輸出電壓信號。
[0019]熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元32——用于熱電偶固有誤差的校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)存儲，將智能模塊20與熱電偶10連接在一起，測量和存儲熱電偶測量端在同一溫場中而冷端在不同溫度場tc中時的輸出電壓信號mv，將該組mv與在同狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的輸出電壓信號MV進(jìn)行最小二乘法擬合，得到一組擬合系數(shù)(all，al2，……aln);再將測量端置于多個不同
的溫場中，重復(fù)上述操作，得到多組擬合系數(shù)(a21，a22,......a2n ；......;akl，ak2,......akn)，將多組擬合系數(shù)中對應(yīng)的系數(shù)(all，a21，……akl ；al2, a22,……ak2 ；……；aln,
a2n,......akn)與tc進(jìn)行曲線擬合得到新的擬合系數(shù)(rll,rl2,......rln ;r21,r22,......r2n；……;rkl，rk2，……rkn)，最終獲得出通用熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之間的固有偏差系數(shù)d=f(mv，tC，rkn)，調(diào)用熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元的Tl，測量、處理并存儲校準(zhǔn)熱電偶固有誤差后的溫度值T2，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T2=f (Tl，d)。
[0020]變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元33——用于校準(zhǔn)整個變送器的誤差以及存儲有關(guān)數(shù)據(jù)，將智能模塊20與熱電偶10連接在一起，調(diào)用熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元的T2，并與標(biāo)準(zhǔn)溫度值進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，獲得標(biāo)準(zhǔn)值與測量值間的多階曲線擬合系數(shù)(kl，k2，……kn)，測量、處理并存儲變送器溫度標(biāo)定修正后的溫度值T3，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T3=f(kn, T2)。
[0021 ] 變送器測量溫度處理存儲單元34——測量和存儲智能模塊自身溫度te，在不同的te下測得相同電壓信號輸入的一組測量值，電壓信號由精密毫伏發(fā)生器獲得，將該組測量值與te進(jìn)行最小二乘法曲線擬合得到一組系數(shù)bl，b2，……bn;在不同的te下測得相同電阻信號輸入的一組測量值，電阻信號由精密電阻箱獲得，將該組測量值與te進(jìn)行最小二乘法曲線擬合得到一組系數(shù)cl，c2，……cn ;bn和cn即為變送器自身溫度漂移修正系數(shù)；調(diào)用變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元的T3，測量、處理并存儲消除各種誤差后的待測對象的實際溫度值T，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T=f(T3，bn，cn)。經(jīng)過處理的溫度值T更加精準(zhǔn)，基本接近實際的溫度值。溫度值T可以通過顯示裝置加以顯示。
[0022]本發(fā)明還包括一種溫度變送器，該溫度變送器包括熱電偶10、熱電偶冷端補(bǔ)償元件50、智能模塊20以及與智能模塊20整合為一體的誤差校準(zhǔn)元件30。其中， [0023]所述的誤差校準(zhǔn)元件30通過多根以上的導(dǎo)線40與熱電偶冷端補(bǔ)償元件50連接，所述的多根導(dǎo)線包括三根、四根、五根或者六根導(dǎo)線，優(yōu)選誤差校準(zhǔn)元件30通過四根、五根或者六根導(dǎo)線40與熱電偶冷端補(bǔ)償元件50連接。
[0024]上述誤差校準(zhǔn)元件及帶有該元件的溫度變送器可同時修正熱電偶的原始誤差、冷端補(bǔ)償元件的原始誤差和自身溫度漂移造成的誤差，并確保在熱電偶冷端溫度大范圍變化時，保持測量值應(yīng)有的準(zhǔn)確性。
[0025]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種誤差校準(zhǔn)元件，其特征在于，該誤差校準(zhǔn)元件與智能模塊設(shè)為一體，所述的誤差校準(zhǔn)元件包括熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元、熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元、變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元和變送器測量溫度處理存儲單元，其中: 熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元——測量熱電偶冷端溫度值tc，存儲實際的冷端溫度補(bǔ)償元件的溫度系數(shù)(pl，p2,......pn),其中，tc=f (pn,R) ,R為冷端補(bǔ)償元件的阻值；測量、處理并存儲修正前的熱電偶溫度值Tl，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:Tl=f(mv，tc)，其中，mv為熱電偶輸出電壓信號； 熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元——將智能模塊與熱電偶連接，測量和存儲熱電偶測量端在同一溫場中而冷端在不同溫度場tc中時的輸出電壓信號mv，將該組mv與在同狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的輸出電壓信號MV進(jìn)行最小二乘法擬合，得到一組擬合系數(shù)(all，al2，……aln);再將測量端置于多個不同的溫場中，重復(fù)上述操作，得到多組擬合系數(shù)(a21，a22，……a2n;……;akl，ak2，……akn)，將多組擬合系數(shù)中對應(yīng)的系數(shù)(all，a21，……akl ；al2, a22,......ak2 ；......;aln, a2n,......akn)與tc進(jìn)行曲線擬合得到新的擬合系數(shù)(rll,rl2,......rln ;r21, r22,......r2n ;......;rkl,rk2,......rkn),最終獲得出通用熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶之間的固有偏差系數(shù)d=f (mv，tC，rkn)，調(diào)用熱電偶冷端補(bǔ)償誤差校準(zhǔn)存儲單元的Tl，測量、處理并存儲校準(zhǔn)熱電偶固有誤差后的溫度值T2，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T2=f(Tl, d)； 變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元——將智能模塊與熱電偶連接，調(diào)用熱電偶誤差校準(zhǔn)存儲單元的T2，并與標(biāo)準(zhǔn)溫度值進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，獲`得標(biāo)準(zhǔn)值與測量值間的多階曲線擬合系數(shù)(kl，k2，……kn)，測量、處理并存儲變送器溫度標(biāo)定修正后的溫度值T3，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T3 = f(kn, T2)； 變送器測量溫度處理存儲單元——測量和存儲智能模塊自身溫度te，在不同的te下測得相同電壓信號輸入的一組測量值，將該組測量值與te進(jìn)行最小二乘法曲線擬合得到一組系數(shù)(bl，b2，……bn);在不同的te下測得相同電阻信號輸入的一組測量值，將該組測量值與te進(jìn)行最小二乘法曲線擬合得到一組系數(shù)(cl，c2，……cn) ；bn和cn即為變送器自身溫度漂移修正系數(shù)；調(diào)用變送器誤差校準(zhǔn)存儲單元的T3，測量、處理并存儲消除各種誤差后的待測對象的實際溫度值T，處理時根據(jù)下列公式進(jìn)行:T=f(T3，bn, cn)。
2.一種溫度變送器，包括熱電偶、熱電偶冷端補(bǔ)償元件和智能模塊，其特征在于，該溫度變送器還包括權(quán)利要求1所述的誤差校準(zhǔn)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度變送器，其特征在于，帶有誤差校準(zhǔn)元件的智能模塊通過多根導(dǎo)線與熱電偶冷端補(bǔ)償元件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度變送器，其特征在于，所述的多根導(dǎo)線為三、四、五或六根。
【文檔編號】G01K7/12GK103674307SQ201310655974
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】楊爍, 楊忠林 申請人:楊爍, 楊忠林