臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一種新穎動態溫度量測技術，考量熱輻射感測器對外輻射之影響。改善傳統紅外線輻射溫度計對於相同的目標物在不同室溫下，量測結果不準確的現象。以往需要等待環境溫度與量測儀器溫度平衡後，經由感測器內置熱敏電阻量測室溫進行不同溫度下的補償，此種處理過程我們稱為靜態溫度補償。然而，在實際應用中，量測儀器往往需要在不同環境溫度移動，此長時間等待溫度平衡成為一個習知的缺點。
在本研究的熱輻射溫度量測系統，除了熱電堆輻射感測器外，增加一個外置熱敏電阻做為環境溫度偵測器。我們根據輻射熱傳的史蒂芬波茲曼定律與對流熱傳的牛頓冷卻定律推導出兩個動態溫度補償方法 1.內外熱敏電阻溫度差「多感測器補償法」2.內置熱敏電阻差分「暫態補償法」。我們利用單晶片微控制器讀取溫度感測器訊號，經仔細的校正與靜態溫度補償後，動態溫度量測數據與預期趨勢吻合。
經實驗結果分析，新穎動態溫度量測技術可以達到快速溫度補償修正，目標溫度的平均誤差在 0.2 ℃內，優於傳統輻射溫度計。本研究非常適合應用於溫度量測及溫度補償的場合，能有效提升量測效率與節省設備支出。

This thesis proposes a novel dynamic temperature measurement technology and considers the influence of thermal radiation sensors on external radiation.It can improve the phenomenon of inaccurate measurement results of traditional infrared radiation thermometers at different room temperatures for the same target. In the past,it was necessary to wait for the balance between the ambient temperature and the measuring instrument's temperature to compensate at different temperatures via the sensor's built-in thermistor to measure the room
temperature. This kind of processing is called static temperature compensation. However,in practice,measuring instruments often need to move at different ambient temperatures.This long wait for temperature balance has become a known drawback.
In our thermal radiation temperature measurement system, in addition to the thermopile radiation sensor, an external thermistor was added as an ambient temperature detector.We derive two dynamic temperature compensation methods based on Steven Bozeman's law of radiant heat transfer and Newton's cooling law of convection heat transfer. 1.Internal and external thermistor temperature difference "Multiple sensor compensation method" 2.Built-in thermistor difference “Transient compensation method." We use a single-chip microcontroller to read the temperature sensor signal.
After careful calibration and static temperature compensation, the dynamic temperature measurement data
shows good agreement with the expected trend. According to the analysis of experimental results,the novel dynamic temperature measurement technique can achieve rapid temperature compensation. The average error of the target temperature is within 0.2 ℃, which is better than traditional radiation thermometers. This research is very suitable for the application of temperature measurement and temperature compensation occasions.It can effectively improve the measurement efficiency and save equipment expenses.

目錄
中文摘要 I
Abstract II
謝誌 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第1章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 4
1-3 研究動機與目的 8
1-4 論文架構 10
第2章 溫度量測與熱輻射理論 11
2-1 溫度量測 11
2-1-1 紅外線感測器 13
2-1-2 熱敏電阻(Thermistor) 15
2-1-3 熱電偶(Thermocouple) 16
2-1-4 熱電堆(Thermopile) 17
2-2 溫度補償(Temperature compensation) 20
2-3 熱輻射(Thermal radiation) 23
2-3-1 黑體（Black body）25
2-3-2 放射率（Emissivity）26
2-4 普朗克定律(Planck's law) 27
2-5 維恩位移定律（Wien's displacement law）28
2-6 史蒂芬波茲曼定律(Stefan-Boltzmann law) 29
第3章 熱輻射動態溫度量測實驗設計 30
3-1 傳統靜態補償輻射溫度計動態溫度響應 30
3-2 新穎動態溫度量測系統設計 32
3-3 新穎動態溫度量測數學模型 34
3-3-1 補償方法(一):內外熱敏電阻溫度差「多感測器補償法」35
3-3-2 補償方法(二):內置熱敏電阻差分「暫態補償法」37
3-4 熱輻射溫度量測電路設計 38
3-4-1 熱輻射量測電路板 40
3-4-2 嵌入式單晶片系統設計 41
3-4-3 NRF24L01 無線傳輸電路板 43
3-5 熱輻射溫度量測程式設計 44
3-5-1 微控制器熱輻射量測程式設計 44
3-5-2 LabVIEW 資料擷取與紀錄程式設計 45
3-6 實驗設備 47
第4章 實驗量測與分析 50
4-1 溫度感測器校正 52
4-1-1 內外置熱敏電阻校正 52
4-1-2 熱電堆感測器輻射溫度校正 55
4-1-3 靜態溫度補償校正 57
4-2 高溫環境(40 ℃、50 ℃、60 ℃)到室溫動態溫度量測 59
4-2-1 高溫環境到室溫「多感測器補償法」計算 63
4-2-2 高溫環境到室溫「暫態補償法」計算 67
4-3 低溫環境 5 ℃到室溫動態溫度量測 72
4-4 動態溫度量測補償結果分析 76
第5章 結論與未來展望 79
5-1 結論 79
5-2 未來展望 80
參考文獻 81

參考文獻
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