[發(fā)明專利]一種溫度傳感器動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量的自動(dòng)補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010916407.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN112013978B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫澤輝;李國(guó)麗;王群京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K1/20
• 分類號(hào): G01K1/20;G01K7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明公開了一種溫度傳感器動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量的自動(dòng)補(bǔ)償方法。本發(fā)明從傳熱學(xué)理論出發(fā)，建立了薄膜型熱電阻測(cè)溫計(jì)(RTD)與所測(cè)結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)熱交換模型。該模型綜合考慮RTD動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后的主要因素，可以求解出薄膜型RTD對(duì)所測(cè)物體動(dòng)態(tài)溫度響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。在此基礎(chǔ)上，建立了薄膜型RTD對(duì)動(dòng)態(tài)溫度響應(yīng)滯后自動(dòng)補(bǔ)償算法。該自動(dòng)補(bǔ)償算法僅僅根據(jù)當(dāng)前幾個(gè)時(shí)刻的薄膜型RTD的讀數(shù)溫度，計(jì)算出所測(cè)溫度的當(dāng)前值。因此，該算法只存在局部誤差，不存在累積誤差，不會(huì)發(fā)生誤差累積導(dǎo)致結(jié)果發(fā)散的情況。更重要的是，由理論計(jì)算得到的薄膜型RTD安裝結(jié)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)，與實(shí)際值相比，可能存在著不可確定的誤差，而本算法可以自動(dòng)校正由時(shí)間常數(shù)值的不確定性引起的誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度傳感器動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量的自動(dòng)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

過熱是引起電磁功率部件及電力電子芯片失效的最重要原因之一。隨著電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度的提高，對(duì)其中關(guān)鍵發(fā)熱部件及熱敏感部件在運(yùn)行過程中的溫升進(jìn)行監(jiān)測(cè)和實(shí)施控制顯得越來越重要。最理想的做法是用一個(gè)理想敏感的溫度傳感器來準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)溫度的瞬時(shí)變化。然而，廣泛應(yīng)用的電阻型溫度傳感器(RTD)對(duì)動(dòng)態(tài)溫度響應(yīng)的滯后，不但使讀數(shù)溫度的峰值比所測(cè)溫度低，更會(huì)引起讀數(shù)溫度曲線相位誤差持續(xù)增加。因此，在實(shí)際中RTD很少應(yīng)用于溫升實(shí)時(shí)控制用途，而只用于最基本的過熱停機(jī)保護(hù)。RTD響應(yīng)滯后主要源于以下幾個(gè)問題：

(1)待測(cè)物體不是理想熱浴，與RTD熱接觸時(shí)，其粘貼邊界處的溫度弛豫需要時(shí)間；

(2)RTD的安裝工藝，例如界面粘貼材料的熱阻等；

(3)RTD本身固有的熱弛豫時(shí)間。

這些因素都會(huì)影響RTD測(cè)溫的實(shí)時(shí)性，尤其對(duì)于瞬時(shí)波動(dòng)較為復(fù)雜的待測(cè)溫度，例如車用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作于大范圍復(fù)雜工況下的電機(jī)繞組和逆變器芯片溫度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：提高薄膜型RTD對(duì)動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

本發(fā)明解決上述的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種溫度傳感器動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量的自動(dòng)補(bǔ)償方法，包括：薄膜型RTD實(shí)際安裝結(jié)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)的計(jì)算方法，薄膜型RTD瞬時(shí)讀數(shù)溫度的補(bǔ)償算法，誤差的自動(dòng)消除算法；其中，

1).薄膜型RTD實(shí)際安裝結(jié)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)計(jì)算方法

當(dāng)具有均勻溫度T_b0的待測(cè)物體與薄膜型RTD交換熱量時(shí)，其在薄膜型RTD粘貼處的微小局部區(qū)域溫度場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)擾動(dòng)，該溫度擾動(dòng)可近似為半無限空間在局部邊界溫度階躍變化影響下的響應(yīng)，設(shè)待測(cè)物體在薄膜型RTD粘貼處的受擾動(dòng)邊界溫度為T_x1(t)，則關(guān)于T_x1(t)有如下的漸進(jìn)近似解：

這里q(t)為待測(cè)物體與薄膜型RTD間的熱流密度，λ_b，a_b分別為所測(cè)物體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，為薄膜型RTD粘貼面S的當(dāng)量半徑，該近似解在時(shí)間t滿足a_bt/R²＞0.1時(shí)，具有較高的精度；

對(duì)于薄膜型RTD，其通常由Al₂O₃陶瓷基板、熱敏金屬導(dǎo)體薄膜，以及玻璃包封層三部分組成，玻璃包封層導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陶瓷基板及導(dǎo)體薄膜，可以近似為絕熱材料，因此，薄膜型RTD可以簡(jiǎn)化為一面絕熱的陶瓷基板，絕熱邊界處的溫度即為薄膜型RTD的讀數(shù)溫度，記為T_s(t)。

除了將玻璃包封層簡(jiǎn)化為絕熱材料外，薄膜型RTD與所測(cè)物體之間的界面粘貼材料，也可以折算為陶瓷材料，合并在薄膜型RTD的陶瓷基板上。設(shè)界面粘貼材料的熱擴(kuò)散系數(shù)為a_g，厚度為δ_g，由導(dǎo)熱方程：