多通道温度测量数据采集的要点讲解
©2010 Fluke Calibration 1 对于温度测量的结果您认为可信吗? 如何知道测温系统的误差? 需要使用哪种测温传感器才能满足您的 测温要求? 多通道温度测量/数据采集的要点 ©2010 Fluke Calibration2 MTV 内容提要 温度测量的基本概念 温度测量的关键技术 用数据采集器测量温度 -用数字多用表测量温度 ©2010 Fluke Calibration3 MTV 温度测量的基本结构 传感器 被测量对象 测量仪表 传感器:热电偶,热电阻,热敏电阻等 测量仪表:专用测温仪, 数字多用表 ©2010 Fluke Calibration4 MTV 多路温度数据采集系统的构成 物理参数 传感器 被测量对象 信号调节 扫描器 A/D 模/数转换及测量 控制器 显示/控制/接口 ©2010 Fluke Calibration5 MTV 国际温度标准 名称:国际温度标准(ITS- international temperature scale) 定义: 以若干种纯物质的相变点为分度点来实现分度 氩,水,汞、镓、铟、锡、锌、铝、银、铜,金 是世界上温度数值的统一标准 温度数值可表示为开尔文(K)或摄氏度() IPTS-68,ITS-90 ITS-90为1989年通过的标准,替代68年的IPTS-68标准 国际温标与测温传感器关系 定义了:固定点,内插公式,内插仪器(标准铂电阻) ©2010 Fluke Calibration6 MTV 基本原理:不同金属的温差效应(帕尔帖效应) 热电偶两端有温差,导致回路中产生热电动势 温度范围:-200oC至1600oC 热电偶类型 E,J,K,N等10多种 有廉金属(J,K,N,E,T等)和贵金属(S,R,B等)之分 电压与温度的关系有统一的标准 特点和应用 温度响应快,测量电路简单,经济,适用于一般温度测量需要 金属 A (镍铬) 金属 B (镍硅) 电压差 V/°C + _ K型热电偶 被测物体/环境 热电偶测温基本概念和要点 ©2010 Fluke Calibration7 MTV 信号电平低,需要低电平放大 B型热电偶:温度变化从0至1600 , 输出只有11.263mV,小于 1 V / 。 很容易受到干扰的影响 电压/温度特性非线性,需要线性化 热电偶温度分度表是以参考端为零度时标定的,需要对参 考端(冷端)进行补偿 热电偶测温的技术要求 ©2010 Fluke Calibration8 MTV 热电偶温度补偿问题 只有测量端为0度时,热电偶测 得的电压才能反映热端的温度 外部补偿:制作一个温度永远为 0度的冷端。 内部补偿:是用仪表测量实际参 考端温度,将最终的测量值进行 相应的温度补偿。 V T 2 2 T1 A B 铜 铜 工作端 V T V2 V1 T2T1 0 ©2010 Fluke Calibration9 MTV 外部冷端补偿 外部冷端补偿原理 原理:保证 T20 应用:使用冰点槽或其他已有准确温度值的外部热源 外部冷端补偿特点 准确度高 需外部设备 T1 + - + - V (T ) TCTC V (0°C) J1 V (0°C)+V (0°C)=0 J1J2 V (0°C) J2 0°C V=V (T ) oTCTC 0冰点槽 T2 ©2010 Fluke Calibration10 MTV 内部冷端补偿 被测物体的实际温度为T1,热电偶冷端温度为T2 若V1是热偶冷端温度为零,T1时的电压, V2是热偶冷端温度为零,T2时的电压 当热偶冷端温度为T2, 实际测量电压 Va V1V2 (1) 保证测量准确的方法:加上冷端补偿电压V2 V1=(V1-V2)+ V2 = Va + V2 =实际测量电压 + 冷端补偿电压 (2) V T V2 V1 T2T1 0 ©2010 Fluke Calibration11 MTV 内部冷端补偿 内部冷端补偿原理 原理: V1 = Va + V2 = 实际测量电压 + 冷端补偿电压 冷端温度由测温仪内置的测温元件测出 冷端补偿电压由计算机算出。 内部冷端补偿特点 方便, 不需外部设备 准确度降低 -测量温度的误差 -测温点与连接点温度不易一致 T1 测温元件T2 ©2010 Fluke Calibration12 MTV 5500A/5520A内部冷端补偿 在接入端用厚铜片增加温度稳定性 高低端位置靠近,让温度一致 测温元件置于高低端之间 准确测出冷端温度T2,计算出应该补偿的电压 5520温度补偿电路 大面积厚铜片 保证等温体 高精度热敏电阻 ©2010 Fluke Calibration13 MTV 实际应实际应用必须须考虑虑的问题问题补偿导线补偿导线 补偿导线的作用 延长测量距离 补偿导线的分类 延伸型与热偶相同的材料 补偿型在常温用与热电偶温度特性相同的金属线, 不改变改热偶的热电关系 热电热电偶接头头 ©2010 Fluke Calibration14 MTV 铂电阻,铜电阻,镍电阻 高准确度标准铂电阻是温度标准 高灵敏度 输出基本是线性的 需要激励电流,测量电路稍复杂 用热电热电阻测测量温度 ©2010 Fluke Calibration15 MTV 铂电阻温度基本原理:铂电阻的阻值随温度变化而变化 温度范围:-260 960 阻值和温度的对应关系 :ITS-90国际温标 特点 -准确度高,线性好,稳定性好,适用于高精度测温以及计量检定和校准 -测温范围窄,价格较贵,需要激励电流,高精度需要四线测量 铂电阻测温基本概念和要点 ©2010 Fluke Calibration16 MTV 铂电阻测温基本概念和要点 标准铂电阻: SPRT 工业铂电阻: PRT *AA级,A级,B级和C级 *AA级在国际上称为精密铂电阻 四线电阻/二线电阻 三线电阻 ©2010 Fluke Calibration17 MTV 测量两个SENSE 端间的电压得到电阻值 RL = VRL/IR RL Hi SHi SLo Lo VRL IR 欧姆表 被测电阻 V Hi Lo 消除引线电阻的四线电阻接线方式 ©2010 Fluke Calibration18 MTV 测量两个SENSE 端间的电压得到电阻值 RL = VRL/IR RL Hi SHi SLo Lo o o VRL IR 欧姆表 被测电阻 V Hi Lo SLo SHi 消除引线电阻的四线电阻接线方式 ©2010 Fluke Calibration19 MTV 铂电阻基本参数 SPRT:依据ITS-90工作温区 a7, b7, c7 (0.01660.323 C) a4, b4 (-189.344 0.01C) 或者 a8, b8 (0.01419.527 C) PRT: 用CVD公式 A,B,C 参数 或者 , , 参数 精密级级(AA级级)PRT (=0.00392) 工业级业级PRT (=0.00385) A3.985 X 10-3 °C-13.9083 X 10-3 °C-1 B-5.870 X 10-7 °C-2-5.775 X 10-7 °C-2 C-4.000 X 10-12 °C-4-4.183 X 10-12 °C-4 ©2010 Fluke Calibration20 MTV 热热敏电电阻 热敏电阻是对热敏感的半导体电阻 灵敏度较高,电阻温度系数要比金属大10100倍以上 稳定性好、过载能力强 体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物 体内血管的温度 容易加工成复杂的形状 电阻值可在0.1100k间 工作温度范围一般适用于-55100,高温器件可以达到 315 ©2010 Fluke Calibration21 MTV 用传感器测量温度 热电热电偶热电热电阻热热敏电电阻 测测温范围围 宽宽中等窄 准确度 低最高高 坚坚固性 最坚坚固脆弱坚坚固 费费用 低高低 响应时间应时间 最快慢中等 ©2010 Fluke Calibration22 MTV 数字表测温和专用测温仪的区别 量程 数字表量程与测温所需要的范围往往不匹配 测量电流也往往不匹配-通常过大 转换公式 大多数数字表没有内置转换公式 测量温度的方法 在用热电阻测量温度时,专用测温仪用电流倒向,两次测量的方法 在用热电偶测量温度时,冷端温度补偿的设计的严格要求,数字多用 表都很难做到 方便 专用测温仪有平均值,绘制曲线,通道间温度差,最大值/最小值等 许多实用的功能 ©2010 Fluke Calibration23 MTV 福禄克多路温度数据采集系列 便携系列 2620/2625/2635 分布式网络系列 2640/2645 集成式网络系列 2680/2686 多种解决方案,便携/网络/集成系统 在数据采集器中,测量温度最准确 坚固耐用,可在恶劣环境应用 -20C +60C 配备齐全,包含软件 ©2010 Fluke Calibration24 MTV 福禄克多路温度数据采集专利接入方式 20个通用通道 九种热电偶: J, K, T, E, N, R, S, B, C, 铂电阻:两线或四线(10通道) 良好的抗干扰屏蔽设计 接线盒内有厚铜板,提供温度均衡的温度补偿 多种信号测量 交直流电压、电流,电阻,频率 接线简单方便,配多个接口盒可随时更换 通用接线盒适合福禄克所有温度数据采集器系列 ©2010 Fluke Calibration25 MTV 三种型号 2620A:与计算机连接实时保存数据 2625A:内部存储器保存4万多个数据 2635A:256K存储卡保存5万多个数据 多种功能,现场使用,方便灵活 热电偶测温准确度 0.39C 可外接电池供电:9V至14V 工作环境温度宽 0C +60C 抗干扰强 4个报警输出 8个数字输入和输出通道 便携式 系列 ©2010 Fluke Calibration26 MTV 单机/双机工作21/42通道 与计算机联机工作工作 数据直接传入计算机 电缆电缆 连连接 便携式数据采集器应用 ©2010 Fluke Calibration27 MTV 单机21通道 不与计算机联机 数据直接存入仪器存储器 2625A应用 ©2010 Fluke Calibration28 MTV 单机21通道 不与计算机联机 数据直接存入仪器存储器 测试完成后,将数据转入到计算机 电缆电缆 连连接 2625A应用 ©2010 Fluke Calibration29 MTV 单机工作21通道 独立工作 数据存储在PCMCIA 卡存储器 2635A应用 ©2010 Fluke Calibration30 MTV 单机工作21通道 独立工作 数据存储在PCMCIA 卡存储器, 测试完成后,将数据转入到计算机 2635A应用 PCMIA ©2010 Fluke Calibration31 MTV 网络型数据采集器 以太网接口通讯结构 传输距离远,传输数据快 可通过网络构成20台,400个通道的测温系统 两种型号可选 高精度型 2640A 热电偶测温 0.4C Ø18位分辨率,准确度0.01% Ø每秒100通道扫描速度,测量电压至300V 高速型 - 2645A 热电偶测温 0.8C Ø1,000通道扫描速度,可测量电压至50V 应用广泛,适应性强: -20C - +60C 分布式网络型 2640A/2645A ©20