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红外热电堆温度补偿算法:额温枪红外温度补偿算法实现

红外测温传感器应用说明

  1. 管脚定义

(1) 管脚 1、3 为热电堆传感器电压输出引脚,输出电压为μV 量级,该电压随 被测物体温度变化而变化。

(2) 管脚 2、4 为内置 NTC(热敏电阻)的引脚,2、4 脚之间为电阻值,该阻 值随传感器自身温度变化而变化,该阻值在 25ºC 时为 100Kohm。

  1. 测温步骤

(1) 读取传感器 2、4 脚电阻值 A;

(2) 根据 A 在规格书中最后的 R-T 表查找到环境温度 Ta;

(3) 读取传感器 1、3 脚的电压 B;

(4) 在 V-T 表里的 Ta 列中找到与 B 值相等或相近的电压值,其对应的横坐标 则为被测物体温度。

  1. 测温电路

(1) AMB-TEMP,环境温度,此处接 ADC 以获得 2、4 脚的电压值,并转化 成电阻阻值;

(2) Vbias,偏置电压,根据电路系统而定;

(3) IR Vout,红外响应电压输出,此处接 ADC 以获得 1、3 脚电压值。

  1. 标定

要获得准确的测温结果,需要进行标定。由于传感器的响应电压、NTC 的 阻值、匹配电阻(R3)的阻值均有偏差,根据以上方法完成的测温系统并不能 获得准确的测温结果,标定的目的是消除传感器及电路引入的偏差,达到准确测 温的效果。标定的方法如下:

1)将传感器放在恒温水槽(25ºC)中静置 20 分钟以上,使得传感器本身达到恒 定 25ºC。注意传感器需要与水隔离。

2)读取 2、4 脚阻值,将其与 100Kohm 比较,产生修正系数 a,通过热敏电阻

的校准消除热敏电阻的偏差。

3)用传感器对准 37℃黑体目标进行测量,读取 1、3 脚电压,将其与 V-T 表中

37℃电压值进行比较,产生修正系数 b,通过红外传感器的校准消除红外传 感器的偏差。

4)传感器测量的电阻阻值和响应电压在修正后通过 R-T 表和 V-T 表查表进行测量。

  1. 测温及校准公式

Tobj=(V/(s5e-10(1+2e-3*Tamb)+(Tamb+273.15)^4)^0.25-273.15

其中 Tobj 为红外测量结果温度,V 为传感器电压,s 为校准系数;Tamb 为 环境温度。

校准系数计算公式如下:

s=(V(Tobj=37)/((37+273.15)^4-(Tamb+273.15)^4))/(5e-10(1+2e-3Tamb))

  1. 测量稳定性

由于测试输出电压容易受到 NTC 阻值影响,为了提高测量稳定性,需要确 保 NTC 温度的稳定。为此,需要给传感器增加热阻、热容来提高传感器自身的 温度稳定性。一般使用金属套件(铜、铝)来作为热阻、热容。

  1. 传感器自身的热干扰

为了减少传感器 PIN 脚之间的热干扰,在制作 PCB 时,应该将传感器 PIN

脚之间进行热隔离。

  1. 其他建议

由于传感器的电压输出信号为 uV 量级,所以对电路(运放、ADC 等)噪声 要求比较高,建议使用专业的 MCU 来进行测温运算。

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