辐射测温仪误差的自动校正

0　引　言

随着微处理器和微型计算机的发展,温度测量已开始向智能化方向发展,由于单片机功能强,功耗低,性能价格比高等优点,目前的智能测温仪常引入单片机以提高其性能。这种测温仪整个测量工作均由单片机控制,能自动测量,对测量结果进行存贮,且能按照一定的算法对测得的数字量信号进行计算,能够以多种形式输出测量结果,如显示或打印等。由于光电转换或热电转换的非线性,给早期测温仪表显示精度的提高带来困难,单片机的引入使这一困难迎刃而解。还可以把所有型号的热电偶分度表全部存放于内存之中,带来仪表功能的提高和使用的方便及经济性。

目前,仪表内单片机的应用多数为上面指出的用于非线性校正、控温、巡检等场合,多属于测温控制管理类型的问题。本文给出利用单片机来实现误差的自动校正的应用实例。

1　误差的现场自动校正原理

在影响辐射测温仪测量精度诸因素中,发射率变动及仪表系数的改变是难于避免的两种因素。前者随被测对象表面状态、材质及温度改变而变化;后者随光路吸收及镜片污染而改变。这些影响因素在现场长期工作中是难于避免的,因而成为当前辐射测温法推广的障碍。根据这种情况,本文提出误差的自动校正,可消除各种现场条件带来的误差,提高测量精度。考虑到在生产中不可能经常的进行多点校正(在采用快速热电偶时,更不可能做到),因此比较可行的方法是在某一、两点上校正,然后推广到整个测量温段上。

我们使用的是光纤比色测温仪,其温度比值的关系如图1所示。测量时用折线近似法,把整个仪器测量温区划分成若干个折线段落,每一段落T-B关系为

式中　i=1, 2, 3...为段落序号,Ki与Toi由黑体炉实测确定。测量时,由仪表测得的比值B,按折线转换成温度值显示。根据上述,一旦发射率及仪表系数发生变化,比值B与T与的关系必然变化,从而使显示的温度产生误差。要修正这一误差,就要重新调整折线,即改变Ki及Toi来修正误差,但这牵涉到两个参数,且有若干个折线段不易处理好。这样我们就得从最根本的关系上来研究这一问题。已知有

　　式中B是比值,η1、η2为对应于两个单色信号的仪表系数,ε1、ε2为相应的被测表面谱发射率。

仪表是按黑体标定的,即在ε1/ε2=1条件下确定了B-T关系,即图1曲线所示的关系。现场工作时,如果ε1/ε2变了,则虽然被测温度T不变,但B值变了,也使温度示值产生变化。由此可见,只要调整η1/η2,使y1ε1∥η2ε2不变,便可使温度示值不变。只要根据热电偶然测得的温度值T偶,如图1所示的B-T曲线确定对应的比值B黑。就能使仪表显示T仪与T偶相等,则B测与B黑必下述关系