一种发热丝温度离线测量方法及系统与流程

1.本发明涉及温度测量技术领域，具体而言，涉及一种发热丝温度离线测量方法及系统。


背景技术：

2.发热丝是一种把电能转换为热能的电子元件，在民用和工业领域中使用广泛。其工作原理是利用电阻发热把电能转换为热能。从发热丝的工作原理上讲，可以把发热丝直接理解为纯电阻。
3.为了实现恒温控制或保证电器安全，发热产品在设计时往往会采用在发热丝的旁边布置温传感器的方式来进行温度的采集。但是此方式存在以下不足：第一，发热丝温度往往高于1000℃，能够在1000℃高温下正常工作的温度传感器价格十分昂贵，该温度传感器的加入会大幅增加产品成本；第二，温度传感器的加入也会增加电器内部的电路复杂度和故障风险点，如发热丝只需要正负2根电源线，增加温度传感器后会额外增加2
‑
3根导线；第三，温度传感器不易安装，很小的安装误差就会引起很大的温度变化，导致温度测量不准确。因此，在电器中加入温度传感器不仅会增加电器成本和电路复杂度，也容易出现温度测量不准确的问题。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：在电器中加入温度传感器不仅会增加电器成本和电路复杂度，也容易出现温度测量不准确的问题，目的在于提供一种发热丝温度离线测量方法及系统，解决现有技术中存在的问题，即在不增加温度传感器或其他任何硬件成本的前提下，利用已有发热丝的控制电路，实现对发热丝的温度进行准确测量，同时不影响发热丝的正常控制。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种发热丝温度离线测量方法，包括以下步骤：
8.步骤1：建立以发热丝的电阻为自变量，温度为因变量的温度
‑
电阻关系模型；
9.步骤2：根据所述温度
‑
电阻关系模型绘制温度
‑
电阻变化曲线图；
10.步骤3：将所述温度
‑
电阻关系模型存储于控制芯片中；
11.步骤4：利用所述控制芯片制作发热丝的控制电路；
12.步骤5：接通所述控制电路，获取实时反馈电流和实时电压；
13.步骤6：根据所述实时反馈电流和所述实时电压，计算得出实时电阻；
14.步骤7：根据所述实时电阻和所述温度
‑
电阻变化曲线图，获取发热丝的实时温度。
15.本发明提供的一种发热丝温度离线测量方法，无需在电器中加入温度传感器，只需利用电器中已有的控制电路，通过获取实时电压和实时反馈电流，根据电压、电流和电阻之间的线性关系通过计算的方式得出实时电阻，最后依据温度随电阻变化的关系模型绘制
出的温度
‑
电阻变化曲线图，将得到的实时电阻代入图中进行比对，即可获得实时电阻对应的实时温度。因此，本发明与现有技术相比，由于在电器中省去了温度传感器，使得电器成本降低，并且规避了温度传感器可能带来的增加线路复杂度和风险点，同时使电器内部结构更加简单，也不会出现由于温度传感器安装不便带来的测量误差问题。
16.作为对本发明的进一步描述，所述温度
‑
电阻关系模型表达式为：式中，t表发热丝的实时温度，r表示发热丝的实时电阻，u表示实时电压，i表示实时电流，r
shunt
表示分流电阻。
17.作为对本发明的进一步描述，所述控制电路的连接方法包括：
18.步骤4.1：选择功率放大器、电流采样器和分流电阻；
19.步骤4.2：将所述功率放大器、发热丝和所述分流电阻依次串联后接地；
20.步骤4.3：将所述电流采样器连接在所述分流电阻的两端；
21.步骤4.4：将所述控制芯片连接在所述功率放大器和所述电流采样器之间，得到所述控制电路。
22.作为对本发明的进一步描述，所述步骤6具体为：获取分压电阻值，根据所述实时反馈电流、所述实时电压和所述分压电阻值，计算得出实时电阻。
23.作为对本发明的进一步描述，所述步骤7具体为：将所述实时电阻代入所述温度
‑
电阻变化曲线图，找到所述实时电阻在图中的坐标位置，根据所述坐标位置获取与所述坐标位置对应的发热丝的实时温度。
24.一种发热丝温度离线测量系统，包括：模型存储模块、图形绘制模块、模型调用模块、模型计算模块、图形比对模块、输入/输出模块和电路控制模块；所述模型调用模块分别与所述模型存储模块、所述图形绘制模块和所述模型计算模块连接；所述图形比对模块分别与所述模型计算模块和所述图形绘制模块连接；所述输入/输出模块分别与所述模型计算模块、所述图形比对模块和所述电路控制模块连接。
25.作为对本发明的进一步描述，所述输入/输出模块包括信号采集单元和温度显示单元，所述信号采集单元与所述电路控制模块连接，所述温度显示单元与所述图形比对模块连接。
26.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
27.1、本发明实施例提供的一种发热丝温度离线测量方法及系统，不需要温度传感器即可测量电器的实时温度；
28.2、本发明实施例提供的一种发热丝温度离线测量方法及系统，能大幅降低电器成本降低、内部线路复杂程度和潜在风险点；
29.3、本发明实施例提供的一种发热丝温度离线测量方法及系统，可规避因温度传感器安装不便带来的测量误差问题；
30.4、本发明实施例提供的一种发热丝温度离线测量方法及系统，能降低电器成本。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被
看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1为本发明实施例1提供的温度
‑
电阻变化曲线图；
33.图2为本发明实施例1提供的控制电路结构示意图；
34.图3为本发明实施例2提供的一种发热丝温度离线测量系统结构示意图。
35.附图中标记及对应的零部件名称：
[0036]1‑
模型存储模块，2
‑
图形绘制模块，3
‑
模型调用模块，4
‑
模型计算模块，5
‑
图形比对模块，6
‑
输入/输出模块，7
‑
电路控制模块，61
‑
信号采集单元，62
‑
温度显示单元。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0038]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0039]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0040]
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0041]
实施例1
[0042]
针对现有技术存在的在电器中加入温度传感器不仅会增加电器成本和电路复杂度，也容易出现温度测量不准确的问题，本实施例提供一种发热丝温度离线测量方法。
[0043]
发热丝一般由铁铬铝或者镍铬电合金材料制作而成，它具有抗氧化性强、电阻率稳定性好等特点，在尺寸体积一定的情况下，其电阻可以用式r＝f(t)表示。基于上述原理，该发热丝温度离线测量方法包括以下步骤：
[0044]
步骤1：建立以发热丝的电阻为自变量，温度为因变量的温度
‑
电阻关系模型。其数学表达式为：式中，t表发热丝的实时温度，r表示发热丝的实时电阻，u表示实时电压，i表示实时电流，r
shunt
表示分流电阻。其中，t＝f
λ
(r)为r＝f(t)的反函数，r＝f(t)为现有的发热丝的电阻随温度变化的关系函数。
[0045]
步骤2：根据所述温度
‑
电阻关系模型绘制如图1所示的温度
‑
电阻变化曲线图。
[0046]
步骤3：将所述温度
‑
电阻关系模型存储于控制芯片中。
[0047]
步骤4：利用所述控制芯片制作发热丝的控制电路。该控制电路的具体连接方法为：
[0048]
步骤4.1：选择功率放大器、电流采样器和分流电阻；
[0049]
步骤4.2：将所述功率放大器、发热丝和所述分流电阻依次串联后接地；
[0050]
步骤4.3：将所述电流采样器连接在所述分流电阻的两端；
[0051]
步骤4.4：将所述控制芯片连接在所述功率放大器和所述电流采样器之间，得到所述控制电路。
[0052]
连接后的控制电路图参考图2。
[0053]
步骤5：接通所述控制电路，获取实时反馈电流和实时电压。读取控制电路中的电路采样器的示数得到实时反馈电流，电压值为电器额定电压。
[0054]
步骤6：根据所述实时反馈电流和所述实时电压，计算得出实时电阻。具体的，获取分压电阻值，该分压电阻值为已知，根据所述实时反馈电流、所述实时电压和所述分压电阻值，按照表达式r＝u/i
‑
r
shunt
即可计算得出实时电阻。
[0055]
步骤7：根据所述实时电阻和所述温度
‑
电阻变化曲线图，获取发热丝的实时温度。具体的，将所述实时电阻代入所述温度
‑
电阻变化曲线图，找到所述实时电阻在图中的坐标位置，根据所述坐标位置获取与所述坐标位置对应的发热丝的实时温度。
[0056]
本实施例提供的一种发热丝温度离线测量方法，无需在电器中加入温度传感器，只需利用电器中已有的控制电路，通过获取实时电压和实时反馈电流，根据电压、电流和电阻之间的线性关系通过计算的方式得出实时电阻，最后依据温度随电阻变化的关系模型绘制出的温度
‑
电阻变化曲线图，将得到的实时电阻代入图中进行比对，即可获得实时电阻对应的实时温度。因此，本发明与现有技术相比，由于在电器中省去了温度传感器，使得电器成本降低，并且规避了温度传感器可能带来的增加线路复杂度和风险点，同时使电器内部结构更加简单，也不会出现由于温度传感器安装不便带来的测量误差问题。
[0057]
实施例2
[0058]
一种发热丝温度离线测量系统，包括：模型存储模块1、模型调用模块32、模型调用模块、模型计算模块4、图形比对模块5、输入/输出模块6和电路控制模块7；所述模型调用模块分别与所述模型存储模块1、所述模型调用模块32和所述模型计算模块4连接；所述图形比对模块5分别与所述模型计算模块4和所述模型调用模块32连接；所述输入/输出模块6分别与所述模型计算模块4、所述图形比对模块5和所述电路控制模块7连接。
[0059]
其中，
[0060]
模型存储模块1用于存储温度
‑
电阻关系模型和电压
‑
电流关系模型；
[0061]
模型调用模块32用于根据所述温度
‑
电阻关系模型绘制温度
‑
电阻变化曲线图；
[0062]
模型调用模块用于从所述模型存储模块1中调用存储温度
‑
电阻关系模型和电压
‑
电流关系模型；
[0063]
输入/输出模块6包括信号采集单元61和温度显示单元62，其中，信号采集单元61采集实时反馈电流和实时电压，温度显示单元62用于将得到的发热丝温度进行显示输出；
[0064]
模型计算模块4用于将采集得到的实时反馈电流和实时电压代入调取的电压
‑
电流关系模型，计算得到实时电阻，并将实时电阻发送给图形比对模块5；
[0065]
图形比对模块5用于将实时电阻代入温度
‑
电阻变化曲线图进行比对，得到实时电阻对应的发热丝温度，并将发热丝温度发送给输入/输出模块6中的温度显示单元62进行显示；
[0066]
电路控制模块7用于对经过发热丝的电流和电压进行控制。
[0067]
发热丝温度离线测量系统的结构示意图参考图3。
[0068]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。