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1、 高精度温度测量和抗干扰技术 热电偶和铂电阻测温基础知识2 高精度温度测量及抗干扰技术3 温度测试测量仪器解决方案 目录 测温基础 温度记录的基本概念监测对象 如 锅炉 家电产品 上安装测温传感器 然后与记录仪连接 图a 安装测温传感器数 数个 数百个 传感器与记录仪间距离 数米 数百米 导线的电阻的影响 导线中发生的干扰及导线的成本往往是问题所在测温传感器的种类 1 热电偶 图b 两个不同种类的金属相接 温度不同会产生微弱的电势变化 利用这一物性原理的测温传感器称为热电偶 2 电阻温度计测定物质随温度变化而变化的电阻值 有用热敏金属丝绕制的和半导体材料制成的 热电阻 图c 热敏半导体工业上常
2、用热电偶和热电阻 热敏半导体则多用于家电制品 图a温度记录基本概念 图b热电偶 图c3线式热电阻 热电偶与热电阻的比较 热电偶和热电阻的优劣 要根据测试温度范围 被测体的形状 周边状况 设置场所环境 测定精度等条件来选择 其它注意事项热电阻体积大 不适于窄小的地方测温时热电阻流过电流 自己发热 有可能引起误差 热电偶测温 赛贝克 Seebeck 效应2种不同的金属线A B两端连接在一起 再在这两个结合点加上不同的温度 就会产生电流 図a 也就是说 有电势 热电势将图4的回路打开 接上电压表 就可以测量热电势 図b 热电势只与 金属A B種類 温度T1 T2相关 而与金属的长度 粗细或两端以外的
3、温度无关 热电偶测温如图c所示 个接点 被测物一侧 称测温接点 测试仪一侧 层基准接点 这样配置 测温比较容易 测温接点的温度T1的对应电势 可以在测试仪一侧检测出来 这一周中有多大的电势 金属A 金属B 电流 图aSeebeck效应 温度T1 温度T2 基准接点 测温接点 T1 T2 图c热电偶测温原理 A B EAB T1 T2 C C 试测一下 JIS规格的热电偶 JIS以外 热电偶种类 前端溶接凯装热电偶 恶劣环境中使用 金属保护管和热电偶线之间 封入粉末状的无机绝缘物 可以在酸化和腐蚀性环境中使用 也可在高温领域使用 取决于保护管材质 接地型温度响应较快 热电偶线和被测物体间非绝缘
4、非接地型温度响应较慢 热电偶线和被测物体间绝缘 热电偶形状 补偿导线用于热电偶和基准接点间连接 在使用温度范围内和一起使用的热电偶有几乎同样的热电特性 用于减少热电偶成本 补偿导线的种类 使用温度和公差等补偿导线根据热电偶的种类选定 补偿接点温度0 100 150 左右较常见 延长型和补偿型 补偿导线 热电偶的输出 不仅和测定端的温度还与基准接点温度相关 注意保证端子 基准接点 的温度稳定 热电阻的输出只由测定端的温度决定 如果对策困难的场合可以考虑使用热电阻 测量仪表 被测对象 T1 T2 热电偶的输出由T1和T2决定 注意端子避风 不要放在温度变化剧烈的环境中 测量仪表 被侧对象 T1 T
5、2 也可使用外部基准接点补偿 铜线 基准接点器 将基准接点补偿设定为 外部 端子 端子温度 如果事先有传感器的校正数据 可以通过使用标尺功能对计录和表示结果进行简易补偿 100 300 98 5 100 300 301 测量温度 实际的温度 仪表的表示温度 热电偶的输出 产生精度误差 线性标尺后 实现对精度补偿 热电偶的精度补偿 金属材料的温度电阻特性金属的电阻与温度的关系是一定的 图a 热电阻的测温原理在金属上加上一定的电流 称规定电流 按照欧姆定律金属的两端产生的电压就自然与其电阻成正比 在金属两端加上一定的电流后 测得两端的电压 就可以计算出电阻 从而推算出被测物的温度 图b 热电阻热电
6、阻的种类JIS规格的热电阻 Cu Ni Pt 2000200400 100 200 温度T 电阻值R T 图a金属的温度 电阻特性 一定的电流流过 热电阻两端产生电压 热电阻测温 4输入端子可以完全排除连接导线的影响 3输入端子其中1条不用 末端处理后按3线式连接使用 要求3条连接导线长度相同 4线热电阻的接线方式 2 高精度温度测量及抗干扰技术2 1信号2 2干扰信号及抑制2 3温度测量及干扰信号2 4热电偶抗干扰技术及实现方法2 5仪器抗干扰技术及实现方法2 6热电偶选型选型指南 高精度温度测量及抗干扰技术 干扰信号 重叠于真实信号 想要的测量情报以外的信号 温度变化是一个缓变的过程 如何
7、区别干扰信号和真实信号 操作者自身最为重要 干扰信号和真实信号 共模干扰 图a 干扰来源于记录仪内的地线与信号源之间 同时加再输入端子H L两方 所以如果测试电路完全对地绝缘 就不应受影响 多来自于测试电路外部的影响串模干扰 图b 测试电路中发生的干扰 存在于输入端子H与L之间 呈现在测试结果中 很麻烦 多发生在测试电路内部应注意一点 虽是共模干扰 到记录仪内电路测试之前 H端与L端发生的不平衡 结果呈现出串模干扰 图c 不平衡的原因 H端与L端测试导线的不均一 测定电路不可能完全绝缘 所以H端与L端是不均一的 干扰的种类 共模信号 全部是干扰信号串模信号 DC成分是真实信号 其他是干扰信号
8、电压 电位差 串模 共模 共模信号和串模信号 共模抑制比 CMRR 测试导线中混入了由市电引起的共模干扰电压时 输出端能够把这种干扰压小的程度 串模抑制比 NMRR 信号里混入市电频率的串模干扰时 输出端能够把这种干扰抑制的程度 CMRR NMRR两者均为越大 抗干扰能力越强 单位均为分贝dB 干扰耐压 共模方式 CMRR可以保证的干扰的电压界限 测量输出的串模电压CMRR 20log输入的共模电压 测量输出的串模电压NMRR 20log输入的串模电压 抗干扰性能的评价 大 随着该信号增大 畸变的串模信号增大 大 大 大 小 小 实际的测量电压 小 随着该信号减小 畸变的串模信号增大 绝缘阻抗
9、 容量 电容 成分 随着频率增大减小 随着频率增大 串模干扰信号增大 信号 0V 共模信号 测量回路中各参数的影响 热电偶通过微小电压进行温度测量 开关电源或变频器等仪器存在高频干扰 如果将热电偶直接粘贴到被测体 这个高频干扰会导致不能正常进行温度测量 将热电偶和被测体间绝缘 变频器 晶体管 散热部 传感器和被测体间绝缘 输入输出绝缘测试电路与记录仪内部电路之间 通过光耦合绝缘 图a 测试端和输出端之间没有电气连接 所以只有H和L的差传到输出端 通过这样的绝缘 从传感器来的共模式的干扰可以大幅度减低 而且 就是不慎在传感器上加了高压 也不至烧毁记录仪的电路 或造成人员触电事故 屏蔽测试导线的屏
10、蔽层与记录仪的屏蔽端子相接 可以分压共模干扰 图b 可以减少共模干扰的影响 高感度测试时 共模干扰影响较大时使用 大部分都加在这里 外表的ECM 比较ZS与ZG 干扰被分压 数据采集器的抗干扰功能 1 记录仪自身电源是共模干扰的一大来源 即使有串模干扰 只要能确定干扰信号频率 也可以去除 出去市电频率 50Hz 60Hz 的干扰很重要 积分型A D转换器输入的模拟信号 在数字化时 取采样点间的积分值进行变换 图a 因取采样点间平均值 所以此间隔的平均值为0的干扰就会被除掉 也是个过滤器 缺点 转换速度降低 模拟滤波瞄准特定频率的干扰 直接消除 用于要求快速反应的场合 移动平均取前后数个采样值的
11、平均 从而减小由干扰引起的跳跃 图b 可得到过滤器同样的效果 合着市电周期积分 每次 只是变换其瞬间的值 过去数个采样值的平均值 积分时间差异比较 数据采集器的抗干扰功能 2 4个独立AD完全并列动作 通过SSR扫描分时动作 SSR 中速10ch和高速4ch的构成 MX的数字滤波 20 5分 160V 20kHz开关动作 直接焊接 TypeK 测量周期 1sec 如果切断FET的电源 M10和H04的测量值一致 实例 FET电源 干扰问题往往很难一下拿出明确解决方案 要根据干扰的种类对症下药 因此寻找干扰的成因和进行多种经验性尝试都是很重要的 去除共模干扰例为了压低共模干扰的普通化的影响 要尽
12、力设法阻止干扰侵入 不要两点接地 采用一点接地 排除地电流的影响 测试导线使用屏蔽线 并与测试线一同接地 排除加在测试导线上的静电感应干扰 電在电磁波较强的地方 输电线和高频设备附近 应加设电磁屏蔽 排除加在测试导线上的电磁感应干扰抗串模干扰准确配线 拧好各个接线端子的螺钉 其他抗干扰对策 热电偶是否出现断线 用万用表测量一下热电偶电阻 仪表放置的环境 避风 是否有干扰 近旁是否有变频器 将其远离 热电偶是否直接和金属接触 使用绝缘胶布等进行绝缘 最后的手段 使用滤波电容 Cn 50V左右耐压的薄膜电容1000pF 0 1uFCc 2kV左右耐压的陶瓷电容100pF 3300pF均需要试装测试
13、确认 不能正常进行温度测量时 粘贴型热电偶 RJC精度 传感器精度 端子的同温化 RJC精度规格 0 5 DARWIN DAQMASTER TypeK J E T N L U 0 以上测量 信号输入端子温度平衡时 晶体管 金属芯印制板温度传感器配置 0 1 0 3 0 5 RJC精度 RJC精度 传感器精度 端子的同温化 RJC精度规格 0 5 DARWIN DAQMASTER TypeK J E T N L U 0 以上测量 信号输入端子温度平衡时 晶体管 金属芯印制板温度传感器配置 0 1 0 3 0 5 RJC精度 基极和发射极间的电压随温度变化温度和电压是特有的函数关系 横河电机选取的
14、晶体管特性 输出电压 约2mV 温度变化时输出电压值较大 有利于实现稳定的温度测量TypeK的输出电压约40 V 电压输出 测量回路与TC相同 可以减少误差 作为温度传感器的晶体管 热敏电阻 测温电阻 Pt1000 市面上的传感器等热敏电阻 测温电阻的缺点 电阻 温度关系非线性很大 热敏电阻 需要电阻测量回路 会增加误差因素 市面上的传感器的缺点 精度很差 一般 0 5 左右 其他厂家使用的RJC温度传感器 温度传感器 晶体管 金属芯 铝 一般的印制板 没有金属部分 使用金属芯印制板 温度传感器的最佳配置 DARWIN的输入模块端子板 温度传感器配置在端子板的中心部 使用热传导性很好的金属芯印
15、制板 端子板的同温化 补偿导线的成本高 配线较长的场合 经常会对测量误差产生影响 测量仪器 补偿导线 热电偶 T1 T2 周围温度的影响 连接部如果有温度差会产生测量误差 另外 途中的温度T 有时也会影响测量误差 使用补偿导线会引起额外的误差 安装场所 使用可分散安装的数据采集器 可以避免以上误差 测量仪器本体 热电偶 安装场所 现场 分散設置測定器 专用缆线 T 使用分散型数据采集器的好处 通过内部补偿 零件选择 充分考虑余量的设计等方法 实现长期使用时稳定性 DAQMASTER2V输入1000h连续测试结果 1000h后的指示值2 0000 2 0003V 参考 长期稳定性 配备了适合热电
16、偶测量的量程 充分发挥A D的分辨率 实现高精度 TypeK1370 的电势约55mV TypeT400 的电势约21mV 20mV量程测量 60mV量程测量 热电偶测量用量程 时间常数 TimeConstant 0 008in 0 203mmTimeconstant 0 2sec 摘自 时间常数 TimeConstant 摘自 最大公差 摘自 ASTME230 ANSIMC96 1 各种类型热电偶公差曲线 绝缘材料 最大使用温度 实际使用举例 超细 超薄型热电偶 0 2mm 0 1mm 0 025mm 0 05mm 3 温度测试测量仪器解决方案 温度测试测量仪器解决方案 变革的历史 1981 1995 1997 PenRecorderLRSeriesWorld de factopenrecorder 1999 Non stopevolutionforyourDataAcquisitions Hybrid Novelty Enhancement 3rdGeneration DAQMasterMX100 MW100PCFront endandStand aloneuse High spe
