一种减小热滞误差的红外线测温方法与流程

1.本发明涉及红外线测温领域，更具体地说，涉及一种减小热滞误差的红外线测温方法。


背景技术：

2.温度是自然界最基本的一个物理量，自然界几乎所有的物理化学变化都与温度有直接的关系，也与所有的工业生产和科研活动都有密切的关系。因此，为了获取正确的科研数据和保证产品的质量，准确的测量和控制温度是十分重要的。温度同时也是人体基本生理指标之一，是临床疾病和生命体征判断的重要依据。人在健康状态时，体温一般是比较恒定的，但是当人体内的某些机能发生改变或某些部位发生病变时，恒定的体温将产生变化，如人体出现病变或机能失效的首要体现就是发烧。
3.温度的测量的方式通常分为两种：接触法和非接触法。接触法测温是根据两个物体经过长时间接触后达到温度必然相等的热平衡原理来测试，使用的温度传感器是热电偶和热电阻。非接触式测温是利用物体的热辐射能随温度变化而变化的原理来测定物体的温度，主要是辐射测温。被测体的温度以红外辐射的形式被红外温度传感器所感测，产生与热辐射强度对应的电压信号输出，经微处理器运算后，在显示终端上显示出相应的被测物体温度值。所以，非接触式红外体温计探测人体温度的精度和稳定性基本上都需要依赖于红外温度传感器。
4.当红外温度传感器从一个环境迅速转移到另一个温度不同的环境时，环境温度t
e
的视值不能立即指示新的环境温度，而是逐渐趋近于新的环境温度，这种现象称为温度的热滞(或滞后)现象，在它的示度尚未达到新的环境温度之前进行读数，就会产生误差，称做温度的滞差。造成测温仪器滞后的原因主要是元件与四周环境的热交换需要一个过程，此种现象称为热滞效应。热滞效应将引起测温误差，称为热滞误差。而红外热电堆的t
e
是由传感器内部集成的ntc测得，在红外温度传感器发生环境转移的时间内，ntc与新环境温度达到新的热平衡需要一段时间。所以，此时热电堆红外温度传感器存在热滞效应。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种减小热滞误差的红外线测温方法，用于解决红外温度传感器器件存在的热滞误差问题。
6.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
7.f1、一种减小热滞误差的红外线测温方法，步骤如下：
8.步骤a1，获取被测物与传感器壳体的温差值
△
t
ab
和传感器壳体的温度t
e
；
9.步骤a2，计算被测物的温度t
o
；t
o
＝
△
t
ab
t
e
。
10.f2、基于f1，采用两个红外热电堆获取被测物与传感器壳体的温差值
△
t
ab
。
11.f3、基于f2，两个红外热电堆分别命名为第一红外热电堆和第二红外热电堆；
12.第一红外热电堆能够接收到被测物体发出的红外线的照射，进而产生第一电压值
v
a
；
13.第二红外热电堆能够接收到传感器壳体发出的红外线的照射，进而产生第二电压值v
b
。
14.f4、基于f3，获取温差值
△
t
ab
的流程步骤具体如下：
15.步骤a1.1、计算第一电压值v
a
与第二电压值v
b
的电压差
△
v
ab
；
△
v
ab
＝v
a
‑
v
b
；
16.步骤a1.2、调用v
‑
t表，v
‑
t表中记载有电压差
△
v与温差值
△
t的映射关系；
17.步骤a1.3、通过查询v
‑
t表中
△
v
ab
，获得
△
t
ab
。
18.f5、基于f4，所述v
‑
t表中的数据由传感器厂商的工作人员在传感器设计或生产时通过实际测试实验获取。
19.f6、基于f1，利用ntc热敏电阻获取传感器壳体的温度t
e
。
20.f7、基于f6，获取传感器壳体的温度t
e
的流程步骤具体操作步骤如下；
21.步骤b1、测量ntc热敏电阻的实时的电阻值r
a
；
22.步骤b2、调用r
‑
t表，r
‑
t表中记载有ntc的电阻值r和ntc的温度t的映射关系；
23.步骤b3、通过查询r
‑
t表中的r
a
获得ntc的温度t
a
，传感器壳体的温度t
e
等于t
a
。
24.f8、基于f7，所述r
‑
t表中的数据由传感器厂商的工作人员在传感器设计时通过实际测试实验获取。
25.f9、基于f1，所述传感器壳体包括上盖、底座和滤光片，所述上盖和底座固定连接，所述滤光片安装在上盖远离底座一侧面设有的安装窗口内，所述上盖、底座和滤光片内侧具有安装空间。
26.f10、基于f1，在时间顺序上，先获取被测物与传感器壳体的温差值
△
t
ab
，再获取传感器壳体的温度t
e
。
27.f11、基于f1，在时间顺序上，先获取传感器壳体的温度t
e
，获取被测物与传感器壳体的温差值
△
t
ab
。
28.f12、基于f1，同时并行的，获取传感器壳体的温度t
e
与温差值
△
t
ab
。
29.f13、基于f1，第一红外热电堆能够接收到传感器壳体发出的红外线的照射。
30.相比于现有技术，本发明的优点在于：
31.一、该红外线测温方法，它通过两个红外热电堆用来提供即时的环境温度参数，相比于现有的红外温度传感器器件，内部增加一个热电堆，利用两个热电堆的温度差所产生的电压差值来反应温差，由于ntc热敏电阻与传感器外壳达到热平衡状态较慢，热电堆响应速度极快，从而消除了热滞效应所产生的热滞误差。
32.二、该红外线测温方法，利用了被测物温度与热电堆传感器冷端之间的电压差值之间的映射关系，结合ntc的电阻值r和温度t
e
之间的映射关系，从而规避了因传感器自身温度发生转移而未及时达到与ntc热平衡所造成的热滞效应所带来的热滞误差，从而使改进后的热电堆红外温度传感器的测量更为准确。
33.三、具有该红外线测温方法内的温度测量传感器，可重复利用，复用性高，成本较低。
34.四、具有该红外线测温方法内的温度测量传感器，可批量化生产一致性高。
附图说明
35.图1为本发明的实施例1的一种减小热滞误差的红外线测温方法的流程图。
36.图2为本发明的实施例1的第一热电堆a，第二热电堆b，传感器壳体的红外辐射采集关系示意图。
37.图3为本发明的实施例5的应用框架图。
38.图4为本发明的实施例5的mcu内运行的温度运算流程图。
39.图5为本发明的实施例6的温度测量传感器的俯视立体结构示意图。
40.图6为本发明的实施例6的温度测量传感器的仰视结构示意图。
41.图7为本发明的实施例6的温度测量传感器的红外热电堆处结构示意图。
42.图8为本发明的实施例6的温度测量传感器的第一引脚处结构示意图。
43.图中标号说明：
[0044]1‑
1传感器壳体的上盖、1
‑
2传感器壳体的底座、1
‑
3传感器壳体的滤光片、1第一引脚、2第二引脚、3第三引脚、4第四引脚、5第五引脚、h
‑
a被测物体辐射的红外线、h
‑
b传感器壳体辐射的红外线、mcu微型电脑芯片、a第一热电堆、b第二热电堆。
具体实施方式
[0045]
实施例1：
[0046]
请参阅图1
‑
2，一种减小热滞误差的红外线测温方法，步骤如下：
[0047]
步骤a1，获取被测物与传感器壳体的温差值
△
t
ab
和传感器壳体的温度t
e
；
[0048]
步骤a2，计算被测物的温度t
o
；t
o
＝
△
t
ab
t
e
。
[0049]
它针对于特定的温度测量传感器；温度测量传感器，包括ntc热敏电阻、第一红外热电堆a、第二红外热电堆b和传感器壳体；ntc热敏电阻、第一红外热电堆和第二红外热电堆，三者均安装于传感器壳体内；第一红外热电堆用于将被测物产生的红外线辐射转换为第一电压值v
a
；第二红外热电堆用于将传感器壳体产生的红外线辐射转换为第二电压值v
b
；ntc热敏电阻用于测量传感器壳体的温度t
e
。
[0050]
获取温差值
△
t
ab
的流程步骤具体如下：
[0051]
步骤a1.1、计算第一电压值v
a
与第二电压值v
b
的电压差
△
v
ab
；
△
v
ab
＝v
a
‑
v
b
；
[0052]
步骤a1.2、调用v
‑
t表，v
‑
t表中记载有电压差
△
v与温差值
△
t的映射关系；
[0053]
步骤a1.3、通过查询v
‑
t表中
△
v
ab
，获得
△
t
ab
。
[0054]
具体的，ntc热敏电阻与传感器壳体直接接触；ntc热敏电阻与传感器壳体之间的热传导通道，为第一红外热电堆与传感器壳体的接触界面。
[0055]
获取传感器壳体的温度t
e
的流程步骤具体操作步骤如下；
[0056]
步骤b1、测量ntc的实时的电阻值r
a
；
[0057]
步骤b2、调用r
‑
t表，r
‑
t表中记载有ntc的电阻值r和ntc的温度t的映射关系；
[0058]
步骤b3、通过查询r
‑
t表中的r
a
获得ntc的温度t
a
，传感器壳体的温度t
e
等于t
a
。
[0059]
实施例2：在实施例1的基础上，v
‑
t表中的数据由传感器厂商的工作人员在传感器设计或生产时通过实际测试实验产生。
[0060]
实施例3：在实施例1的基础上，r
‑
t表中的数据由传感器厂商的工作人员在传感器设计时通过实际测试实验获取。
[0061]
实施例4：在实施例1的基础上，r
‑
t表中的数据根据以下公式进行推算，ntc的电阻值r与环境温度t之间的映射关系为：r＝r*exp(b*(1/t
‑
1/t)，r是ntc热敏电阻在t温度下的阻值，r是热敏电阻在t常温下的标称阻值，b值是热敏电阻的重要参数，exp是e的n次方，t和t指的是k度即开尔文温度，k度＝273.15(绝对温度) 摄氏度。
[0062]
实施例5：如图3
‑
4，采用实施例1所述的一种减小热滞误差的红外线测温方法的测温系统，采用模拟电路的减法电路的电路硬件获取
△
v
ab
，
[0063]
采用电阻测试电路测量ntc热敏电阻的电阻值(电阻测试电路的具体实现是现有技术，不再赘述)；
[0064]
利用mcu，查储存在mcu中v
‑
t表获取
△
t
ab
；
[0065]
利用mcu，差储存在mcu中r
‑
t表获取te。
[0066]
利用mcu的数学运算电路计算t
o
＝
△
t
ab
t
e
。
[0067]
本实施例是为具有mcu编程(mcu又叫单片微型计算机(singlechipmicrocomputer)或者单片机)、模拟电路、数字电路知识的电子工程师而准备的，为了文本的简洁，没有对本实施例工业化运用时所需的公知常识进行赘述。
[0068]
实施例6：
[0069]
如图5
‑
8，所示，在实施例1所述的温度测量传感器的设计具体如下，温度测量传感器包括ntc热敏电阻、第一红外热电堆a、第二红外热电堆b和传感器壳体。请参阅图5，传感器壳体包括上盖1
‑
1、底座1
‑
2和滤光片1
‑
3，上盖1
‑
1和底座1
‑
2固定连接，滤光片1
‑
3安装在上盖1
‑
1远离底座1
‑
2一侧面设有的安装窗口内，上盖1
‑
1、底座1
‑
2和滤光片1
‑
3内侧具有安装空间，用于安装ntc热敏电阻、第一红外热电堆和第二红外热电堆。上盖1
‑
1和底座1
‑
2均采用可伐合金材料制成。
[0070]
请参阅图8，温度测量传感器具有第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3、第四引脚4和第五引脚5；第一红外热电堆热端与第五引脚5连接，第一红外热电堆是图7中的a；第二红外热电堆热端与第四引脚4连接，第二红外热电堆是图7中的b；第一引脚1接地；第二引脚2连接第一红外热电堆和第二红外热电堆，作为第一红外热电堆和第二红外热电堆的冷端复用；第三引脚3与ntc的正极连接。