标签: 温度校准

通过将传感器 与准确的参考传感器进行比较来进行温度校准，起初似乎相当简单。但仔细检查后，有很多事情可能会出错。这可能导致错误结果，从而影响您的校准工作，甚至更糟糕的是影响您的生产。本文为您提供了所需的洞察力，以避免最基本的问题，并克服与使用干井进行温度校准相关的大部分挑战。凭借目前的技术，干井是非常先进的，可以胜过大多数其他替代品，前提它们是按照最佳实践操作。 什么是干井？ 干井是一种电子设备，可在较长的时间内提供恒定且稳定的温度。该设计包括电子控制器、用作校准区工作的加热 / 冷却井以及一个可拆卸的插件，该插件具有适当的孔 / 钻 孔，用于插入被测传感器。干井配有内部测量电路，经校准后，可用作参考单元。或者，可将外部参考温度传感器插入其中一个孔，将干井变成散热器。由于公差必须非常严格（传感器 / 插件直径测量值为 +/ - 0.1 mm ），以确保传感器和插件之间的低热阻和正确接触，因此需要几种不同的插件。这些插件应具有适当尺寸的孔，以完美匹配传感器和参考仪器。由于 干式传导 stem conduction ，如果这些孔的直径不匹配，传感器可能会很慢或无法达到所需的温度。 该图显示了干井的基本设计。 | 1被测传感器 | 2. 固体金属块（干井） | 3. 被测传感器的可互换插件 | 4. 内部 RTD 参考传感器 | 5. 加热元件 | 6. 冷却风扇 使用干井的主要好处是： • 易于携带和运输 • 无液体溢出 • 正在校准的温度传感器无污染 • 快速改变温度 ——快速操作 • 专为 长 / 直传感器设计 使用干井的缺点是： • 与油槽相比，准确度 / 稳定性较低 • 难以校准短型和奇特形状的传感器 可靠的温度源 良好的温度均匀性和稳定性对于干井至关重要，因为被测传感器可能具有不同的测量区域。即使在处理大型热负荷（例如多个或 “重型”传感器）时，这一重要因素也需要保持正确，为了解决上述热问题，双区域设计的加热井将是消除被测传感器绝缘需求的最佳步骤，从而使校准所有类型的直型传感器成为可能。 设计包括两个独立的区域，每个区域都可主动控制温度： • 井 的下部的均匀性水平接近实验室油槽，并控制校准温度。 • 井的上部通过补偿井顶部和被测传感器之间的热量损失，确保良好的均匀性并且独立于负载。 校准短小的传感器 在加工厂中，针对个别公司的需求而设计几种不同的传感器是很常见的。尤其是在生命科学和食品 / 饮料行业。然而，这些传感器可能很短，并且制造成奇怪的形状，使校准变得困难。根据一般经验，传感器必须完全浸没在校准设备中，且直径至少为传感器直径的 15 倍 才能被视为准确。因此，传感器的活动部分需要处于温度均匀区。使用油槽是解决该问题的一种方法，因为传感器完全浸没在轴向泵送的液体中，从而确保温度的均匀性。 然而，对于不会被油渣污染传感器的 “ 纯 ” 校准，采用双区技术的干井是答案。在某些情况下，甚至可以使用特殊插件来减少或消除温度耗散。 由于干井中的 热 负荷而产生的热梯度通过双区技术进行补偿。这意味着校准器能够感知和控制散热，允许通过简单地提升参考探头以匹配水平面来校准短型传感器。 使用插件 使用干井时出现问题的一个常见原因是无法满足温度规格。这通常是由于操作者未使用正确的插入管造成的，这会导致浪费大量时间。因此，必须遵循用户手册和其他文件中规定的准则。 使用插 件 的注意事项： • 始终使用 插件 拆卸工具来 取出插件 • 确保在校准完成后 取出 插件，因为如果留在井中可能难以 取出 • 采取足够的预防措施并使用适当的保护设备来 取出 热或冷的插件 • 确保插件和传感器在插入 前 是干净的， 没有灰尘和颗粒。不这样做可能会导致插件卡住，因为它们的设计完美契合 ， 以最大限度地提高导热性 • 应定期使用布或清洁剂清理井和插件上的污垢和灰尘 始终使用正确的插 件 始终建议使用干井制造商提供的插件，因为它们具有所需的规格， 可实现最佳性能。这样可以避免导致浪费时间的问题和情况。 使用插件时的注意事项： l 切勿强行将插件或其他设备放入井中 l 切勿让异物或材料进入井内 l 切勿试图通过使用其他液体来优化性能，因为这可能会导致泄漏和部件损坏 l 除非制造商另有规定，否则切勿使用与井体不同的金属制成的插管，因为其膨胀和收缩程度可能不同 使用为其他干井设计的插件 即使一些从其他干井上取出的插件可能有正确的直径，但它们的长度可能不正确。此处显示的例子说明了一根太长的管子将极大地改变温度的均匀性，因为热量会从井的顶部泄漏。 使用太小的插件 直径太小的插入管会导致井和管之间的热传导不足，因为管子周围的空气会有绝缘效果。这导致温度不稳定，无法达到预期值。 使用由错误材料制成的插件 即使插件有正确的长度和尺寸，其组成的材料也可能对过程产生关键影响。例如，如果指定需要使用铝制插件，则使用黄铜或其他材料制成的插件可能会由于导电性的不同而导致问题或不准确的结果。 使用传感器孔太短的插件 制作定制插件时，一个常见的错误是把孔做得太短。当使用这样的插件时，温度梯度可能会受到影响，因为干井可能已经在井底进行了校准。 在没有绝缘塞子的情况下使用插入物 设计有主动冷却设施的干井将配备一个绝缘塞，用于密封井。配有绝缘塞的干井需要它们正常运作，因为它们在使用这些塞子时，默认已经进行了校准。如果不使用塞子，将导致大量的热量从井中逸出，从而使达到所需的温度成为一种挑战。 干井设计 原则上，正确测量干井温度的方法有两种： • 内置控制器传感器用作内部参考传感器，可将干井转换成自己的参考仪器 • 通过插件安装的外部参考传感器（例如 ETS ），从而将干井转变成散热器 两种方法分别代表不确定性的各种影响： 使用内部参考传感器进行校准 内部参考传感器默认放置在干井内。测量装置通常放置在井底附近，围绕插件。由于其定位，内部参考传感器并不会测量被测传感器所在的插件内部的温度，而是测量其周围区域的温度。由于插件和干井之间的热阻，温度测量并不那么准确。这只会因温度的变化而恶化，因为插件温度通常比干井其他部分的温度变化要慢。如果校准进行得太快，且没有等待适当的稳定时间，这可能会导致有害的错误。除此之外，重新校准内部参考传感器也是一个麻烦的问题，因为只有干井制造商能够进行这种校准。 使用外部参考传感器进行校准 与内部参考传感器不同的是，外部参考传感器与被测传感器一起被直接放置在插件中。由于这一事实，温度测量更加精确。为了具有与被校准传感器相同的热特性，参考传感器最好具有相同的尺寸和热导率，以便准确地跟踪温度的变化。然而，这种情况很少发生，因此必须考虑延长保持时间（停留时间）。与内部参考传感器相比，使用外部参考传感器（如 ETS）的最佳因素之一是其结果更准确，不确定性更小。在提高精确度的基础上，外部选项还提供了发生错误时的可靠性和独立性——因为无需检查整个干井单元即可检查外部参考传感器。 负载干井 只要环境温度与干井的温度不同，就几乎不可能避免热量通过传感器传导，这种现象称为 干式传导 。放在同一插件内的传感器越多，温度就会 “泄漏”的越多——这也适用于更厚的传感器。除此之外，环境和插件之间的温差越大，泄漏就越多。在实践中，这将意味着干井运行的温度越高，泄漏的越多。这就导致靠近顶部的插件比底部的更容易冷却，从而产生温度梯度。为了避免这种情况，可以通过使用两个或更多的加热/冷却区来减少或几乎消除 负载 效应。对于内部参考传感器，负载效应通常更为严重，因为参考传感器放置在底部附近，测量的是井周围的温度，而不是插件内部的温度，这导致负载效应无法被识别，从而无法得到补偿。因此，在使用外部参考传感器时，由负载效应引起的误差要小得多，因此不确定性要好得多。 实现温度均匀性 插件垂直方向（长度）上的温差被称为轴向均匀性。干井底部的温度与顶部的温度不同是相当常见的。这主要是由于顶部的温度向周围 “泄漏” 。 传感器中的实际测量元件，即热电阻的 Pt100或1000元件或热电偶的焊接点，可能 以不同的长度放置， 因为一些元件比其他元件更靠近尖端。这使得确保不同的传感器暴露在相同温度下变得极为重要。为了实现这一点，井底的 均质区 必须足够深。因此，传感器应保持在该区域内，其深度通常规定在 40至60mm之间，以消除或减少不确定性，或至少在相同深度插入和对齐。 温度分布 无论插件是否具有良好的热导率，井之间总是会出现温差。这通常是由以下原因引起的： • 一个插件比另一个更容易接触到井体 • 插件 负载不均，例如，一个插件可能比另一个插件更厚或有更多的传感器 • 两侧的加热器和冷却器的公差可能受到影响 幸运的是，井之间的温差通常非常小。仍应通过热分布研究来考虑和确定它们。 温度稳定性 在运行期间温度必须保持稳定是强制性的，因为不同的传感器通常具有不同的热特性，因此需要不同的时间来稳定。如果温度持续变化，不同的传感器的读数可能不同。例如，将校准设备放置在 “ 非受控 ” 区域，在这种情况下， 使用外部参考传感器将提供更准确的结果， 即使在这种具有挑战性的条件下也是如此。长期稳定性规范通常是制造商文件的一部分。 结论： 缓慢而稳定赢得比赛 - 使您的校准完全自动化 众所周知，温度变化通常相当缓慢，由于系统的被动性质，系统的每个部分都需要相当长的时间才能稳定在相同的温度，从而达到平衡。校准需要时间，不应匆忙进行，因为匆忙进行干井温度校准会带来最大的不确定度来源。 因此，了解您的系统非常重要，例如通过测试校准程序中的各个步骤需要花费多长时间。这对于内部参考传感器尤其重要，因为这些传感器达到所需温度的速度比被测传感器快得多。因此，在过程中过早接受结果将导致重大错误。对于外部温度传感器来说，这并没有那么严重，因为在平衡之前匆忙得出结果它们仍然准确。 虹科Ellab 提供的服务 虹科Ellab 的 ValSuite ®软件是 完美的校准工具 ，因为它不仅是验证软件，还是校准软件。这意味着所有传感器都可以在规定的时间间隔进行用户校准并存储偏移值。使用虹科 Ellab 温度标准 (ETS) 以及连接到 PC 的众多干井参考仪器之一，可以在不需要操作员干预的情况下执行全自动校准，非常安全且省时。系统自动生成显示整体校准结果的报告。使用校准设置时，用户可以选择手动、半自动或全自动校准。同时，可以根据需要存储和上传各种模板。发现的偏移值与传感器的 ID号直接关联，并在未来测量中使用传感器时予以考虑。 搜索 复制

虽然网上关于PWM的文章很多，我也看了很多，但是看完之后总感觉似懂非懂，也都不是我想要的。特别是在用msOS做测温仪校准台的时候，我需要用到通过调节PWM的占空比来控制功率输出。因为开始没有用过PWM，于是就在网上和书本上找了一些资料学习，并且根据学习的理解开始控制功率输出。虽然能够控制了，但是精度却达不到我想要的。于是我开始根据印象和测试实验的经验来调节arr和psc的值，来达到我的要求。虽然结果是达到了，但是当时我对PWM的认识还比较浅，整个感觉是比较飘的。         后来另一个同事在用PWM的时候通过实时改变待装入捕获比较寄存器的脉冲值来改变占空比，出现了波形失真。针对这一情况，凤舞天让我们在团队内部讨论，并且解决这一问题。这个时候，我忽然意识到，在做一个产品时，对相关知识点不能完全明白的掌握，是很麻烦也是很危险的。幸运的是，这个同事是在测试中出现了问题，那么问题就会在产品出去之前把问题解决，这样就不会让问题出现在产品的应用当中，也不会对产品的质量和公司的产品品牌造成影响。而我的PWM一直都没有出现过波形失真，那以后会不会在应用中也出现波形失真，这个是个未知数。为了解决同事的这个问题，同时确定我的PWM没有问题，我再一次沉下心来学习研究PWM。        现在来分享一下我的学习理解：        首先是计数器寄存器（TIMx_CR1）：计数器寄存器是一个16位的寄存器，其中： 1.ARPE位是自动重装载允许位。 2.DIR位是控制计数方式位。 3.URS位是控制事件更新请求源。 4.UDIS位禁止事件更新。 5.CEN使能计数器。        其次是预分频器（TIMx_PSC）：预分频器可以将计数器的时钟频率按1到65536之间的任意值分频。在预分频寄存器对主频率分频后，提供给计数器，作为计数器的时钟。它是基于一个在TIMx_PSC寄存器中的16位寄存器控制的16位计数器。因为这个控制寄存器带有缓冲器，它能够在工作时被改变。但是预分频器的新参数会在下一次更新事件到来时被调用。例如，预分频器的参数从1变到2时，计数器的时序图应该是：         再次是自动重装载寄存器（TIMx_ARR）：自动重装载寄存器也是一个16位的寄存器。实际上自动重装载寄存器实际上对应着2个寄存器。一个是程序员可以直接操作的寄存器，一个是程序员看不到的影子寄存器。实际上真正起作用的开始影子寄存器。而这两个寄存器是如何配合工作的，则需要TIMx_CR1寄存器的APRE位设置： 当APRE=0时，预装载寄存器的参数实时的传送给到影子寄存器，并没有实现预装载的功能； 当APRE=1时，在每一次事件更新时，预装载寄存器的参数才会被传送到影子寄存器。         而PWM的频率是通过预分频参数和自动重装载寄存器的参数确定的。预分频的参数确定了计数器的时钟，自动重装载寄存器的参数确定了在这个时钟频率下的计数次数，即周期。举个例子：如果系统主频率是72M，psc=8，那么，计数器的时钟就是72M/(8+1)=8M；arr=2000，那么PWM会在8M的频率下每次计数2000次之后会进入到下一个计数循环。而PWM的占空比精度于预分频参数有关，预分频参数越小，精度越高；反之就越低。          我们从下面的定时器时钟框图可以看出，事件U更新是在预分频后，捕获比较之前，而CC4I是中断和DMA输出。所以PWM在每一个周期之后会有一个中断，在来了中断之后，才会更新事件，这样就保证了PWM的每个周期都能够正常完成，而不会导致波形失真。（这个也是为什么我的PWM没有出现过失真，而我同事的PWM出现了失真的原因。因为我用到了中断更新事件，而他没有使用中断。）                     那么怎么调节PWM的占空比呢？         通过捕获/比较寄存器（TIMx_ CCRx），在TIMx_CR1的APRE位没有选择预装载特性时，写入的值会立即被传送到捕获/比较寄存器中。当TIMx_CR1的APRE位选择了预装载功能特性，只有当更新事件发生时，预装载之才会被传送到捕获/比较寄存器。然后捕获/比较寄存器会拿当前值与计数器TIMx_CNT进行比较，当达到捕获/比较寄存器的值时，PWM的电平会发生一次跳变。        关于PWM的其他基本配置，主要也就是一下几点： 1.计数模式：向上计数（计数器从0计数到自动加载值TIMx_ARR计数器的值）；向下计数（计数器从自动装入值TIMx_ARR的值开始向下计数到0）；中央对其（计数器从0开始计数到自动加载值TIMx_ARR寄存器-1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器下溢事件，然后再从0开始重新计数）。 2.PWM模式： PWM模式1（OCxM=110，在向上计数时，如果TIMx_CNT TIMx_CCR1时为高电平，否则为低电平）；PWM模式2（OCxM=111，在向上计数时，如果TIMx_CNT TIMx_CCR1时为低电平，否则为高电平）。 3.要使用PWM必须要开启其相对应的时钟线。