本發(fā)明屬于工業(yè)測溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用普通溫度傳感器快速測溫的方法。

背景技術(shù)：

在工業(yè)應(yīng)用中，大量使用溫度傳感器測量制造工藝過程中的實時溫度，用溫度數(shù)據(jù)來監(jiān)控制造過程執(zhí)行情況或作為改造工藝參數(shù)的重要依據(jù)。在溫度測量過程中，溫度傳感器的熱平衡過程總需要一定的時間，我們在此將傳感器開始工作到熱平衡狀態(tài)所消耗的時間稱為熱平衡時間。嚴格來說，從測溫開始必須等待大于熱平衡時間之后得到的溫度才是被測件的準確溫度。因此在實際生產(chǎn)過程中，使用普通溫度傳感器的企業(yè)往往需要在測溫環(huán)節(jié)等待較長時間，或者拋棄普通傳感器轉(zhuǎn)而尋求其他成本高昂的測溫方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用普通溫度傳感器快速測溫的方法，該方法可以很好地解決采用普通溫度傳感器測溫耗時較長的問題。

為達到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種利用普通溫度傳感器快速測溫的方法，包括以下步驟：

S1、建立溫度-時間響應(yīng)模型，通過實驗方法得到溫度傳感器在不同條件下輸出溫度與時間的關(guān)系曲線，采用多項式擬合所述關(guān)系曲線，得到由多項式系數(shù)構(gòu)成的系數(shù)矩陣；

S2、將溫度傳感器放入被測環(huán)境，測量得到多個時刻下溫度傳感器的實測溫度，所述多個時刻均遠小于熱平衡時間；

S3、根據(jù)所述系數(shù)矩陣、多項式，以及步驟S2中的多個時刻和實測溫度計算得出待測溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：在測量之前先計算出指定溫度傳感器的系數(shù)矩陣，在正式測溫時僅測量遠小于熱平衡時間的多個時刻的輸出溫度，再結(jié)合系數(shù)矩陣和多項式即可計算得出待測溫度，整個測量和計算過程所需的時間遠小于熱平衡時間，實現(xiàn)了利用普通溫度傳感器的快速測溫。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為溫度隨時間變化的二維曲線。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。

如圖1所示，本實施例提供一種利用普通溫度傳感器快速測溫的方法，包括以下步驟：

S1、建立溫度-時間響應(yīng)模型，通過實驗方法得到溫度傳感器在不同條件下輸出溫度與時間的關(guān)系曲線，采用多項式擬合關(guān)系曲線，得到由多項式的系數(shù)構(gòu)成的系數(shù)矩陣；

S11、建立溫度-時間響應(yīng)模型，通過實驗方法得到溫度傳感器輸出溫度與時間的關(guān)系曲線，采用多項式擬合關(guān)系曲線；

根據(jù)數(shù)學(xué)理論可知，任意的一條連續(xù)二維曲線，可以用多項式f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+...+a_nxⁿ的形式進行擬合逼近。將溫度傳感器的輸出溫度值隨時間變化的關(guān)系可以畫出一條曲線，曲線的一般形式如圖2所示，表征了溫度傳感器在某待測溫度條件下的測溫過程中，輸出溫度隨時間變化的關(guān)系，其中T₀表示溫度傳感器已達到熱平衡狀態(tài)，傳感器的輸出溫度基本保持穩(wěn)定。需要特別注意的是，同一型號傳感器在不同待測溫度條件下的曲線形狀一般是不同的。根據(jù)二維曲線的多項式表示方法，可以將溫度傳感器在待測溫度T_m下的輸出溫度表示為：

C(t)|_Tm＝a_m0+a_m1t+a_m2t²+...+a_mntⁿ；

其中，為溫度傳感器的輸出溫度，t為測量時間，a_m0,a_m1,...a_mn為T_m溫度下多項式的系數(shù)；

S12、在需要測量的溫度范圍內(nèi)選擇溫度點[T₁,T₂,...,T_m]，將外部環(huán)境溫度依次固定在已選擇的溫度點，并在每個溫度下記錄溫度傳感器在多個時刻[t_m1,t_m2,...,t_mn]下對應(yīng)的輸出溫度[c_m1,c_m2,...,c_mn]，t_mn應(yīng)大于溫度計熱平衡所需的時間；

S13、根據(jù)多項式及步驟S12中記錄的多個時刻和輸出溫度，計算得出在不同待測溫度條件下多項式的系數(shù)，并由系數(shù)構(gòu)成系數(shù)矩陣；

步驟S12、S13具體操作如下：

控制外部環(huán)境溫度固定為T₁，放入指定型號傳感器并開始計時，得到時間[t₁₁,t₁₂,...,t_1n]下對應(yīng)的輸出溫度[c₁₁,c₁₂,...,c_1n]，采用最小二乘法擬合算法，可以計算得到在條件T₁下，多項式的系數(shù)[a₁₀,a₁₁,...,a_1n]；

將外部環(huán)境溫度固定為T₂，放入指定型號傳感器并開始計時，得到時間[t₂₁,t₂₂,...,t_2n]下對應(yīng)的輸出溫度[c₂₁,c₂₂,...,c_2n]，采用最小二乘法擬合算法，可以計算得到在T₂條件下，多項式的系數(shù)[a₂₀,a₂₁,...,a_2n]；

以此類推，得到T_m條件下多項式的系數(shù)[a_m0,a_m1,...a_mn]，將以上系數(shù)構(gòu)成系數(shù)矩陣H如下：

在實際應(yīng)用中，一般取n＝5即可得到較為準確的曲線逼近效果，也可根據(jù)實際情況調(diào)整n的取值。系數(shù)矩陣H完整表示了該型號傳感器在不同待測溫度條件下，輸出溫度信號隨時間的變化特征。

S2、將溫度傳感器放入被測環(huán)境，測量得到多個時刻T_time＝[t₁,t₂,...,t_n]下溫度傳感器的實測溫度C＝[c₁,c₂,...,c_n]，多個時刻均遠小于熱平衡時間T₀；此處的時刻數(shù)量與步驟S12中的時刻數(shù)量相同；

S3、根據(jù)系數(shù)矩陣、多項式，以及步驟S2中的多個時刻和實測溫度計算得出待測溫度；

S31、根據(jù)系數(shù)矩陣和多項式，計算得出步驟S2中每個時刻下的計算溫度；具體如下：

將步驟S2中的t₁和系數(shù)矩陣的每一行代入多項式，得到在t₁時刻下的計算溫度C₁＝[c₁₁,c₁₂,...,c_1m]；

將步驟S2中的t₂和系數(shù)矩陣的每一行代入多項式，得到在t₂時刻下的計算溫度C₂＝[c₂₁,c₂₂,...,c_2m]；

同理，得到t_n時刻下的計算溫度C_n＝[c_n1,c_n2,...,c_nm]；

S32、計算同一時刻下計算溫度與步驟S2中實測溫度的差值，并將步驟S2中所有時刻下計算溫度與實測溫度的差值構(gòu)成偏離矩陣；具體如下：

在t₁時刻下，實測溫度c₁與計算溫度C₁＝[c₁₁,c₁₂,...,c_1m]的差值為C_{1_delta}＝[c₁-c₁₁,c₁-c₁₂,...,c₁-c_1m]；

在t₂時刻下，實測溫度c₂與計算溫度C₂＝[c₂₁,c₂₂,...,c_2m]的差值為C_{2_delta}＝[c₂-c₂₁,c₂-c₂₂,...,c₂-c_2m]；

同理，在t_n時刻下實測溫度c_n與計算溫度C_n＝[c_n1,c_n2,...,c_nm]的差值為C_{m_delta}＝[c_n-c_n1,c_n-c_n2,...,c_n-c_nm]；

將上述差值組成偏離矩陣C_delta＝[C_{1_delta}^T,C_{2_delta}^T,...,C_{m_delta}^T]；

S33、對偏離矩陣中的每一行所有元素進行平方和運算，選取平方和最小的那一行系數(shù)，平方和最小的一行下標記為b，對應(yīng)系數(shù)矩陣中的系數(shù)為[a_b0,a_b1,...,a_bn]，1<b<m；

S34、多項式中t取遠大于熱平衡時間T₀的t₀，多項式的系數(shù)取步驟S33得到的[a_b0,a_b1,...,a_bn]，根據(jù)下式：

C_meas＝a_b0+a_b1t₀+a_b2t₀²+...+a_bnt₀ⁿ，

計算即可得出待測溫度。

以上實施例僅表示本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明保護范圍。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求為準。