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标题: 温度扫描中如何恰当使用传感器 [打印本页]

作者: Bazinga 时间: 2014-5-11 22:27 标题: 温度扫描中如何恰当使用传感器

温度是最常见的被测物理参数之一。通常需要在多个位置监测温度，所以就需要一个扫描仪将测量仪器切换至多个传感器。所使用的测量仪器和开关卡的类型取决于使用的温度传感器。三种常见的传感器类型分别是热电偶、铂电阻温度检测器（RTD）和热敏电阻。在选择使用的温度传感器时，要注意热电偶是最为通用的，4线RTD是最准确的，热敏电阻是最灵敏的。以下的内容将讨论这些传感器的使用。

　　热电偶

　　热电偶是使用最为广泛的一种传感器，工作温度范围非常宽，传感器坚固、可靠。测得的热电偶电压与未知温度和参考温度之差相关。该参考温度是由冷结参考（CJR）决定的。在切换热电偶时，可从位于开关卡上的内部参考结、模拟参考温度或外部参考结获得参考温度。参考结的选择受开关卡的选择及测量仪器采用的冷结补偿方法的限制。

　　内置（内部）参考结。如果开关卡具有温度参考，则是最方便的方法。该参考结被内置到开关模块，使用一个热敏电阻、一个固态传感器或其它类型的温度传感器。内置有CJR的开关模块有可用于Keithley 2700/2701/2650型多用表/数据采集/开关系统的7700型、7706型和7708型模块。可用于Keithley 2000、2001、2002和2010数字多用表的2001-TSCSCAN型9通道热电偶扫描卡也有内置CJR。

　　图1所示的多个热电偶被连接到安装有7700型20通道差分多路选通模块的2700型系统。7700型安装有几个冷结参考来监测螺栓端子处的结点温度。当测量热电偶T1的温度时，仪表首先测量附近的CJR。当通道1被闭合时，则测量热电偶T1的电压，并计算热电偶的温度读数。

　　图 1，采用2700/7700型的内部参考结。

　　作为使用多个CJR的一种替代方法，有些开关卡采用板载等温块将所有的连接端子保持在相同的温度。7014型热电偶开关卡和2001-TCSCAN型热电偶扫描卡具有等温块。

　　模拟参考温度。在这种情况下，用户输入一个与DMM的输入端子温度大致相同的温度值。DMM利用该模拟参考温度计算热电偶处的温度。2000、2001、2002、2010、2700、2701和2750型均可采用模拟参考温度技术。温度的准确度取决于模拟温度的准确度。如果环境温度发生变化，那么热电偶测量的准确度将降低。

　　使用模拟参考温度的方法之一就是输入热电偶被连接到开关卡的所在位置的近似温度。所采用的参考温度应该反映仪器的自热效应，而不是简单的房间环境温度。图 2中就采用了这种方法。在这种情况下，温度参考位于7702型40通道差分多路复用模块的输入端子，因此，用户必须输入开关模块的输入端子处的最佳估算温度值。由于需要用户估算大致的参考温度，并且没有考虑环境温度的变化或开关卡上的热梯度，所以温度测量不太准确。然而，由于可以使用通用的开关卡或模块，所以该方法是最为经济。

　　图 2，通过2700/7702使用模拟参考温度

　　图3中将冰点作为参考温度。在本例中，冰槽中的第二个热电偶被“背对背”串联到每个热电偶。采用冰点参考通常是最为准确的温度测量方式。若要测量热电偶T1的电压，需关闭通道1。以0°C为参考，测得的电压与温度T1成比例。若使用2700/7702型仪表，仅需在仪表上输入0°C作为模拟参考温度。2700即可根据测得的电压自动计算温度T1。

　　图3，使用“背对背”热电偶和0°C参考温度进行测量

　　外部参考结。对于没有内置参考结的开关模块，可使用一个热敏电阻或4线RTD来采集参考温度，例如使用2700、2701或2750。在这种情况下，将一个热电偶连接到通道1，或将一个4线RTD连接到通道1，及其相对应的通道。图4所示为使用一个热敏电阻作为外部温度传感器的例子。若要测量冷结温度，需闭合通道1。2700、2701或2750型自动测量热敏电阻并计算传感器的温度。仪器将该温度读数作为随后热电偶测量时的参考温度。

　　热敏电阻或RTD应该靠近被用于热电偶温度测量的通道。该温度传感器的测量线应该绝缘，以防止与模块上的其它导线接触。

　　该方法的准确度取决于温度传感器与热电偶端子的耦合程度。

　　图4，利用一个热敏电阻作为外部参考结

　　铂电阻温度检测器（RTD）

　　铂电阻温度检测器（PRTD）可以是绕线电阻或薄膜电阻，呈现为正温度系数，大约为0.4%/°C。

　　PRTD具有卓越的长期稳定性、高准确度和良好的可复现性。和热电偶不同的是，RTD无需冷结补偿。然而，RTD的工作温度范围较窄，相应比较慢，并且往往比热电偶更贵、更脆弱。

　　图5所示为一套利用RTD测量温度的系统。20个RTD通过4刀开关连接到被配置成4线欧姆表的2700。通过2700和一个7702模块，即可连接20个RTD，仪表即可自动将电阻测量值转换为温度值。
　热敏电阻

　　热敏电阻的阻值随温度的变化呈非线性变化。大多数热敏电阻具有负温度系统——也就是说，当温度升高时，电阻值下降。

　　图5，利用RTD测量温度

　　热敏电阻为所有温度传感器中最为灵敏的，可快速检测很小的温度变化，是测量非常小的温度的良好选择。高灵敏度带来的缺点是非线性。高温时的非线性尤其明显，因此最好利用热敏电阻测量100°C以下的温度。

　　图6所示为利用热敏电阻测量温度的系统简图。注意，由于热敏电阻通常为千欧范围，因此采用2线电阻测量法就足够了。所以，开关、测试线电阻对总测量值的影响很小。

　　为了将电阻测量值转换为温度，最好使用能够自动修正热敏电阻非线性的仪器，例如2700、2701或2750。安装在2700中的7702模块可连接最多40个热敏电阻。

　　图6，利用热敏电阻测量温度

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