用于织物热阻仪的Pt100铂电阻温度传感器校正

王革辉 张伟

摘 要： 采用虚拟仪器、电热恒温水槽和水银温度计对用于平板式织物热阻仪的4个Pt100铂电阻温度传感器的测温正确性和稳定性进行了检验。发现Pt100铂电阻温度传感器的测量结果与水银温度计的测量结果之间存在系统差异，不同的Pt100铂电阻温度传感器的测量结果之间也存在较大的系统差异，但4个Pt100铂电阻温度传感器的测量稳定性都良好。通过一定的校正，4个Pt100铂电阻温度传感器的测量结果与水银温度计的测量结果之间的系统差异很小。

关键词： Pt100铂电阻温度传感器；温度测量；LabVIEW

中图分类号：TS103.6 文献标识码：B 文章编号：1674-2346（2016）03-

1 前言

服装隔热性对冬季服装而言非常重要，而服装隔热性很大程度上取决于服装材料的隔热性。因此，对服装材料隔热性的研究一直受到人们关注。多数研究中，服装材料隔热性能的测试一般采用平板式织物热阻测试仪，服装材料隔热性能的主要评价指标是热阻。[1-6]

已有多名研究者对平板式织物热阻测试仪的改进做了研究[7-8]，改进的着眼点主要是针对该类仪器测量的准确性和稳定性，但都没有涉及该类仪器的测试效率问题。而实际应用中，国产的平板式织物热阻测试仪测试耗时很长，测试效率低。王革辉等人[9]比较了美国MTNW公司生产的SGHP热湿阻测试仪和国产的YG606E型纺织品热（湿）阻测试仪测试织物隔热性能的表现，发现2种仪器的测量结果之间没有系统差异，而且测试稳定性都比较好，但2种仪器在测试效率上有很大差异，测试厚型织物时，测试1块试样，YG606E平均耗时约80分钟，而SGHP平均耗时仅约17分钟。因此，有必要对现有国产的平板式织物热阻测试仪进行进一步的改进以提高测试效率。

平板式织物热阻测试仪在测量织物热阻时使用的计算公式如下：

错误！未找到引用源。 （1）

其中R为织物的热阻，℃·m2/W；A为实验板的面积，m2；Ta为环境温度，℃；Ts为实验板的温度，℃；Q为仪器的加热功率，W。其中Ts是影响测试结果的一个重要参数，平板式织物热阻测试仪中对该参数的测量一般采用PT100铂电阻温度传感器[7-8]，但没有研究者对所用的PT100铂电阻温度传感器的测量正确性和稳定性进行实际验证。本文正是基于此，设计了实验，来检验将要用于平板式织物热阻测试仪的4个PT100铂电阻温度传感器的测温性能并进行校正。

2 基于虚拟仪器的温度传感器的校正

对温度传感器的校正首先要实现对温度的采集和显示，基于虚拟仪器温度传感器校正的实验原理为：将温度传感器感应部位置入电热恒温水槽中，将公认准确度较高、精度为0.1℃的水银温度计紧贴传感器置入水槽中的同一测试区域，使温度传感器和水银温度计的测温水域相同，以水银温度计显示的温度作为设定温度。利用电热恒温调节器调节水槽中水的温度，使水温分别达到水银温度计显示的34.0℃、34.5℃、35.0℃、35.5℃、36.0℃，利用PT100铂电阻温度传感器进行同步测量，每个温度在不同的时间段共实验10次；温度传感器的接线端与信号调理器相连，信号调理器与计算机相连，实现数据从温度传感器传输进入计算机；使用LabVIEW进行编程，使温度信号以可识别的数字信号在计算机上显示；根据水银温度计的读数与温度传感器显示温度的差值，实现对铂电阻温度传感器的校正。

2.1 硬件组成

实验过程中采用NI公司的NIcDAQ-9172USB机箱。NIcDAQ-9172USB机箱是一个坚固耐用的便携式数据采集平台，它将连接和信号调理功能与模块化I/O相集成，可直接连接任何传感器或信号。NIcDAQ-9172 USB机箱是一款8槽NI CompactDAQ USB机箱，适用于构建自定义模拟输入、模拟输出、数字I/O和计数器/定时器测量系统，在USB机箱中需插入数据采集模块构成完整的数据采集系统。选用NI 9217作为模拟输入模块，该模块的采样率为400 S/s，24位分辨率，最多支持4个RTD（Resistance Temperature Detector，电阻式温度检测器）模拟输入。

2.2 LabVIEW软件

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）即实验室虚拟仪器集成环境，是由NI公司开发的一种虚拟仪器软件开发环境，类似于C和BASIC开发环境，但不同的是C和BASIC的计算机语言为文本语言，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式[10]。

由LabVIEW创建的程序称为vi，

每个vi都包含2个部分，前面板和

程序框图[11]。图1为温度采集的前面板设计图，图2为温度采集的程序框图。

如图1所示，前面板主要包括4个温度显示控件（用于显示各个温度传感器的温度），1个温度测量通道（用于设定温度测量的输入通道），4个输出路径（用于设定各个温度传感器的输出路径），4个开关控件和1个Excel表格，开关控件用于控制数据采集的开始与结束，通过设置保存路径可将温度传感器采集到的温度保存到相应的Excel表格中。图2为主要的程序框图，其中包括创建任务函数、采样时钟和索引数组等。创建任务函数一般放在程序的最前面，用于程序的创建；采样时钟用于设定采样的时间间隔，自编程序设定为每隔5000毫秒采集1次数据；连线数组到索引数组时，函数可自动调整大小，在n维数组中显示各个维度的索引输入。实验需要对4个相同型号的铂电阻温度传感器进行校正，分别编号为1～4号温度传感器，通过创建索引数组函数将4个温度传感器的测量值同时显示在指定的位置。

3 实验结果

4个PT100铂电阻温度传感器对每一设定温度的测量结果如表1所示。

3.1 讨论与分析

对实验数据进行分析，计算4个PT100铂电阻温度传感器在每一设定温度下各自温度测量结果的均值、CV值和均值与设定温度的差值，计算结果如表2所示。

由表2可知，4个PT100铂电阻温度传感器在上述几个设定温度测量中的CV值均小于0.4%，说明其测温稳定性良好。表2还显示，在上述几个温度测量中，4个PT100铂电阻温度传感器测得的温度值都高于设定温度，最大的相差0.89℃，最小的相差0.36℃。

对每个温度传感器的测量值与设定温度的差值的平均值进行总结，如表3所示。

由表3可知，PT100铂电阻温度传感器在同一设定温度下的测量值不同，其中1号温度传感器的测量值与设定温度平均相差0.70℃，2号温度传感器的测量值与设定温度平均相差0.44℃，3号温度传感器的测量值与设定温度平均相差0.86℃，4号温度传感器的测量值与设定温度平均相差0.76℃。可见2号温度传感器的测量值与设定温度相差最小，3号温度传感器与设定温度相差最大。其中3号温度传感器在测量34.5℃和35.0℃水温时的测量值与设定温度相差0.89℃，为最大，2号温度传感器在测量36.0℃水温时的测量值与设定温度相差0.36℃，为最小。

假设织物热阻测试时，Ts设定为35℃，Ta为20℃，Ta和其他参数都测量准确。当热板温度Ts的测量结果偏差0.89℃时，根据公式（1）可以推算得出所测得的织物热阻值与“准确测量的织物热阻值”的相对偏差为5.93%。

由表3可知1～4号温度传感器的测量值与设定温度相差的平均值分别为0.70℃、0.44℃、0.86℃、0.76℃，将各温度传感器的测量值与设定温度相差的均值分别作代数计算作为各温度传感器的校正公式，4个温度传感器的校正公式总结如表4所示。

其中Y1、Y2、Y3、Y4、分别为4个温度传感器的校正值，x1、x2、x3、x4分别为4个温度传感器的测量值。

3.2 验证实验

选取34.6℃、34.7℃、34.8℃、34.9℃、35.1℃、35.2℃、35.3℃、35.4℃作为验证温度，分别将水温调至以上温度后使用各温度传感器进行测量，并使用校正公式计算校正结果，其中测量结果如表5所示，校正结果如表6所示。

由表6可以看出经校正后温度传感器的测量值与设定温度相差最大值为-0.06℃，最小为0℃，所以经校正后的温度传感器测量值与设定温度的系统性差异很小，测量的准确度大大提高，因此可使热阻测试的准确度得以提高。

4 结论

通过上述实验和分析，得到以下结论：

1）PT100铂电阻温度传感器的测量值与水银温度计的测量值存在差异，在试验中温度传感器测量值的平均值与水银温度计的测量值最大相差0.89℃，最小相差0.36℃。

2）相同型号的不同温度传感器的测量值也不同，试验中与水银温度计相差最小的是2号温度传感器，其测量均值与水银温度计的测量值平均相差0.44℃。与水银温度计相差最大的是3号温度传感器，其测量均值与水银温度计的测量值平均相差0.86℃。

3）PT100铂电阻温度传感器的测温稳定性较好，4个温度传感器的测量值的CV值均小于0.4%。

4）经校正后的温度传感器测量值与设定温度的系统性差异很小，测量的准确度大大提高，可使热阻测试的准确度得以提高。

参考文献

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[11]杨晓亚.基于LabVIEW的虚拟服装压测量系统开发[D].上海：东华大学，2014.

The Correction of Pt100 Platinum Resistance Temperature Sensor used on Fabric Thermal Resistance Meter

WANG Ge-hui ZHANG Wei

（Fashion & Art Design College， Donghua University， Shanghai 200051，China）

Abstract： By using virtual instrument， electro-thermostatic water cabinet and mercury thermometer， the accuracy and stability of temperature measurement of 4 Pt100 platinum resistance temperature sensors have been tested. It is found that there are systematic differences between the results obtained from the 4 Pt100 platinum resistance temperature sensors and the mercury thermometer， and between the results obtained from the different platinum resistance temperature sensors. However， the stability of temperature measurement of the 4 Pt100 platinum resistance temperature sensors is good. After certain correction， the systematic differences between the results obtained from the 4 Pt100 platinum resistance temperature sensors and the mercury thermometer have become very small.

Key words： Pt100 platinum resistance temperature sensor； temperature measurement； LabVIEW

（责任编辑 竺小恩）