电子温度计的设计及其测量误差分析

电子温度计的设计及其测量误差分析

刘清

广西壮族自治区计量检测研究院 广西南宁 530001

摘要：由于工业生产等许多领域正在向精度和自动化转变，实现高精度和低能耗的仪表将占据更大的市场份额，并广泛应用于生产和生活领域。本文对电子温度计的设计及实测误差分析进行了研究。

关键词：电子温度计；设计；测量；误差分析

当今，许多现代技术渗透到我们的生活中，电子测量在我们的生活中无处不在。用电子设备测量的结果对许多人带来便利。

一、电子温度计硬件系统

1.选择单片机。电子温度计的功能在很大程度上取决于选择单片机。适当的单片机可以利用其基本功能来提高系统的效率和可持续性。此外，造价应考虑到成本和质量的统一。如单片机MSP430是一款低功耗混合信号处理器。它可用于便携式仪器设计，并允许根据需要完全集成模拟电路、微处理器和数字电路。

2.供电电路。由于现场系统没有供电，因此必须设计单片机系统的功耗，以确保电子温度计的稳定性。降低电源电压，并确保基本系统运行正常。本研究选择的系统电源电压为4.5v。

3.温度信息采集模块。该单元的设计充分考虑了温度计的范围和环境要求。热敏电阻可用于支持，这种优势是显而易见的。强度值随温度变化。设计要求相对简单，能耗更低，非常适合于设计成本较低的集成电路。但是，重要的是要了解，由于精度问题和响应率低，热敏电阻在温度采集模块电路设计中的应用必须导致在测试环境需要非常精确的温度精度时更换原始电阻。MSP430由于电阻值特性，采用斜率技术测量。该测量方法比A/D技术更容易操作。在实践中，信号变换可以通过将时钟集成到芯片中并进行比较来实现。该温度测量电路是基于使用MSP430芯片在寄存器上电容充放电捕获时间的转换。该时间值由反映温度变化的测量强度确定。要提高捕捉时间测量的阻力值和精度，必须定义参照(Rref)电阻来校准测量的阻力(Rsens)。系统运行时，首先将控制器连接到Rref端口并进行配置。4.模块显示。指的是用户界面的可用性。必须充分考虑数据的外观和成本，以确保数据列在正确的列中。液晶屏低功耗黑液晶显示屏经济实惠，是满足特殊需求的理想选择，通用驱动芯片扩展了其广泛的应用范围。

二、电子温度计软件系统的设计

1.系统程序控制。需要进行多层规划以确保系统正常运行。控制电子温度计的软件程序包括主要程序、定时中断和各种辅助程序。主要程序是管理初始化和中断等待。定时中断时间表包括启动、处理信息、充电定时程序和测量程序。

2.低功耗软件设计注意事项。电子温度计的能耗一方面取决于电源电压，另一方面取决于电源管理软件。为了确保设备的使用寿命并测量设备的使用寿命，必须优化电源管理软件。独立计算机中的微处理器模块有一个单独的电源按钮，仅在实际测量时才启用。这可以通过启用计时器来执行实际的捕获。收集结束时，可以关闭计时器，并在收集期间降低耗电量。温度是一个计数点参数，可用于收集中断时间信息以解决产品质量的实际问题。对测量设备制造商的生产能力进行准确评估(例如完整证书)保证操作条件。器具生产过程中培养技术人员，并在生产过程中注意产品质量。关键控制点可避免质量问题、优化技术并确保器具性能。

三、温度计量误差的主要因素

1.由于热电偶热电不稳定而导致的误差。随着时间的推移，温度计热电偶性能会因使用的环境而异，测量的热产生温度与实际温度略有不同主要因素是:(1)测量对象污染和耐腐蚀热电偶电极。(2)外部力传递引起的变形应力；(3)高温下显微组织和晶体粒度变化；(4)热电极受到空气氧化等等。

2.不均匀性热电偶的效应。均匀程度的热电偶热电极，当两种热电极材料均匀时，热电偶回路的导热系数相对于两端的温差而言是相等的，但与热电极长度的温度梯度无关。

3.测量温度点选择。在测温点安装过程中，选择合适的温度测量点很重要。选择具有代表性的温度测量点对整个生产环境特别重要。如果未正确选择位置，则检查和测量没有意义。在测量点处，热电偶的插入深度也会影响温度测量。如果外部环境和测量的对象之间存在温度差异，则导热系数测量的温度将与外部环境交换，从而导致测量偏差。由于环境温度不断变化，无法测量此温度误差。除了插入深度导致的热误差外，热电偶材料还会导致测量误差。例如，金属套筒具有良好的导热性，在测量过程中必须插入得更深，以避免热损失。陶瓷材质插入浅一些。

4.反应时间的影响。被测对象温度与元件的温度相符，以保持恒定。现在热平衡达到，这是测量接触温度的基本原则。测量对象和温度测量组件可能需要一段时间才能达到相同的温度。持续时间主要取决于部件的热响应，称为热响应时间。热响应时间取决于传感器的结构和测量条件。由于响应时间不同，在不同的条件下反应时间发生了很大变化。对于静态气体介质，达到温度平衡可能需要30分钟以上。例如，对于静态流体，热平衡会降低到5分钟。实际上，被测物体的温度变化频繁，过渡期很短。因此，传感器需求相对较高，反应速度通常在ms级。否则，将显示测量滞后。因此，请选择快速反应传感器。测量端直径是影响反应速度的重要因素。偶丝较细可缩短响应时间。

5.热阻抗越大影响。当热电偶处于高温状态时，气体测量介质会燃烧保护管表面的灰尘，从而提高保护管的热阻。对于熔体介质，在运行过程中可能会产生熔体流动的沉积。热电偶提高温度计的响应速度，降低指示温度，使温度计的运行状态定期或通过不定时抽检，以便及时检测到热电偶事故引起的偏差，减少测量误差。

计量器具监测应侧重于个人、生产企业、用户和相关法律规定。专业的计量器和生产者必须遵守国家测量法，以监测仪器的生产情况。法律制度确保了该措施的有效性。

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