[發明專利]一種基于雙擬合算法的K型熱電偶非線性修正方法

在審

• 申請號: 202010816951.1
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111912539A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 胡運德;馬文奎;張海兵;趙青鶴;范志勇
• 申請（專利權）人: 北京優航機電技術有限公司
• 主分類號: G01K7/10
• 分類號: G01K7/10;G06F30/20;G06F17/15;G06F9/448
• 代理公司: 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230
• 代理人: 杜澄心;張亞軍

本發明公開了一種基于雙擬合算法的K型熱電偶非線性修正方法，首先找到熱電動勢的近似表達式，然后通過公式對其進行非線性修正。由切比雪夫多項式展開而得到的K型熱電偶在0～1370℃的測量溫度范圍內，其對應的溫差值的近似表達式；依照K型熱電偶分度表，將0～50℃范圍內各溫度時的熱電勢值進行擬合，插值節點分辨率為10度，由切比雪夫多項式展開可得熱電偶在冷端溫度值時對應的輸出電勢值；根據雙擬合函數關系編制熱電偶的電勢?溫度轉換和冷端補償的流程圖，在微處理器中進行運算處理，進而實現K型熱電偶的非線性修正。本發明解決了傳統技術中存在的占用較大的程序存儲空間，拐點處存在誤差，精度低，算法相對復雜，使用成本較高等技術問題。

技術領域

本發明涉及一種熱電偶的測溫改進技術。

背景技術

熱電偶基于熱電效應原理進行溫度測量，是目前測量領域里應用最為普遍的測溫元件，具有測溫范圍廣、機械強度高、裝配簡單等優點，因此在工業用傳感器中占有重要的地位。但由于熱電偶自身的物理特性，其輸出的熱電勢E和被測溫度t之間存在非線性，其非線性誤差在1％左右。如果在寬范圍、高精度的測量要求下如此大的誤差會影響到測量結果能否被采用，這就需要進行非線性校正方法使得輸出信號與測量溫度之間呈線性關系，進而減小非線性所產生的測量誤差。

熱電偶的非線性校正有多種不同的方法，常用的有分段查表法、電勢增量法、學習型算法。用分段查表法進行非線性校正,占用的程序空間較大，也存在拐點多的不足，在測量過程中就會出現數字跳動現象；電勢增量法精度較查表法高,編程較斜率法容易,但程序執行時間要長；用遺傳算法或神經網絡等學習型算法，需要建立數學模型，算法過于復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于雙擬合算法的K型熱電偶非線性修正方法，在保證有效解決熱電偶輸出非線性的技術問題的條件下，還解決了傳統技術中存在的占用較大的程序存儲空間，拐點處存在誤差，精度低，算法相對復雜，使用成本較高等技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于雙擬合算法的K型熱電偶非線性修正方法，采用多階熱電偶傳感器電勢與溫度轉換擬合和多階冷端補償擬合雙擬合算法，對K型熱電偶進行非線性修正；具體方法如下：

假設熱電偶的熱電動勢為E，溫度為T，系數為α₀，...，α_n，那么E就可以用近似表達式(1)表示：

E＝α₀+α₁T₁+α₂T₂+…+α_nT_n (1)

通過展開高次冪級數的方式就可以非線性問題線性化，其中，冪級數越大，精度就越高，成本也就越高，對于不同的熱電偶在設計線性化時，首先要找到其熱電動勢的近似表達式，然后通過公式(1)對其進行非線性修正。

式(2)是由切比雪夫多項式展開而得到的K型熱電偶在0～1370℃的測量溫度范圍內，其對應的溫差值的近似表達式；其中插值節點分辨率為10度，擬合函數表達式的階數為五階；

T1＝-7.6001×10^-7×X1⁵+1.0912×10^-4×X1⁴-3.9298×10^-3×X1³+0.017401×X1²+24.76×X1-0.56011 (2)

其中X1為熱電偶產生的冷熱端熱電勢差值，T1為熱電偶的熱端溫度值；