横河大学资深专家于7月7日开讲：横河#记录仪#实用温度测量原理及技巧！#记录仪#在工业现场和科研中有广泛运用，温度#测试#是重要需求之一，而且应用场景丰富。2020年7月7日，横河大学正式开播，#记录仪##测试#专家冯越路博士在线分享多年现场实测的经验，观众反响甚好！有关横河大学的培训详情和更多视频资料，请联系横河#测试#测量。

　　

　　基于#热电偶#的测温原理，冷端补偿是#热电偶#测温时的必须要素，但在实际应用中却很容易被忽略，如何保证冷端补偿的#精度#是保证#热电偶#测温#精度#的一个重要考量。另外，在快速温度测量应用中，我们往往对采集器等二次仪表的采样周期很关注，但是却忽略了与之匹配的#热电偶#的响应时间，错误选取#热电偶#从而影响实际测温效果。以下我们对冷端补偿和#热电偶#响应时间的相关内容做一个简要说明。

　　冷端补偿

　　冷端补偿主要分为内部补偿和外部补偿。内部补偿原理图如图1所示。

　　

　　图1 内部补偿原理

　　内部补偿即#记录仪#等二次仪表提供冷端补偿，为了保证内部冷端补偿#精度#，除了采用高#精度#的测温#传感器#以外，如何实现端子等温化也非常重要。横河#记录仪#通过温度#传感器#(晶体管)的最佳配置和使用金属芯印制板的制作工艺(见图2)保证端子等温化。即便如此，当端子(测量仪表)放置环境温度产生剧烈变化，对#热电偶#测温结果也会产生较大的影响，因此，保证测量仪表放置环境稳定至关重要。

　　

　　图2 金属芯印制板工艺

　　外部冷端补偿原理如图3。可以使用外置电子冰点补偿器(ZERO-CON)进一步提高测温#精度#。注意外置补偿器和测量仪器之间的接线是普通导线而非#热电偶#线。

　　

　　图3 外部补偿原理

　　#热电偶#响应时间

　　#热电偶#响应时间主要由#热电偶#线径和#热电偶#前端加工类型决定。#热电偶#前端类型如图4主要有露出型、#接地#型和#绝缘#型三种。

　　

　　图4 #热电偶#前端类型比较

　　可见较常用的#绝缘#型#热电偶#和其他两种相比响应时间较慢，但是在抗#干扰#性方面有优势。#热电偶#前端加工类型和线径与响应时间的定量关系，不同温度#传感器#厂家有其特定的描述。例如图5是美国OMEGA#热电偶#(#接地#型/露出型)在特定#测试#条件下的线径和响应时间对应关系。若是选择#绝缘#型#热电偶#，响应时间常数应乘以1.5。响应时间定义为达到瞬时温度变化63.2%所需的时间。#测试#条件为室温、大气压力下空气流速为每秒20m。在高速测温的应用中，测量仪器采样时间和#热电偶#的响应时间要互相匹配。

　　

　　图5 OMEGA#热电偶#线径和响应时间对应关系

　　#热电偶#测温的抗#干扰#问题

　　使用#热电偶#测温经常会遇到电气#干扰#的困扰。一方面，近年由于#变频电源#在各行各业的普及，#测试#环境变得越来越严酷。另一方面，#热电偶#温度变化所产生的热电势很小，因此与#热电阻#等其他#传感器#相比更容易受到电气#干扰#的影响。

　　图6是常用#变频器#等效回路图，可以看到同时存在三种#干扰#源，50Hz的商用电源，脉宽调制(PWM)产生的高频#脉冲##干扰#(电力密度较高)，和#低频#变频#干扰#。

　　

　　图6 #变频器#等效回路图

　　横河的测量仪表所提供的抑制#干扰#功能包括

　　a.积分A/D

　　b.一阶低通滤波

　　c.通道独立A/D模块

　　积分A/D顾名思义是指对模拟信号进行特定时间积分运算后再进行A/D变换。可针对不同的工频(50Hz/60Hz)#干扰#源，设置合适的积分时间(测量周期)以达到抑制效果。积分A/D抑制#干扰#示意图如图7所示

　　

　　图7 积分A/D抑制#干扰#示意图

　　当#干扰#信号#频率#和A/D积分周期不匹配时，#干扰#影响无法只通过“积分”抑制。因此，横河高速模块提供滤波功能，通过调整一阶低通滤波器的截止#频率#，结合A/D积分可抑制高频#干扰#源的影响。但是滤波会使测量结果产生一定的滞后，因此常用于稳态温度#测试#。A/D积分结合一阶低通滤波器抑制#干扰#示意图如图8所示。

　　

　　图8 积分A/D结合一阶低通滤波器示意图

　　目前市场上常见的#数据采集#仪器多为扫描型，即多个通道共用一个A/D，通过#继电器#分时切换。扫描型最大的优点是节约成本，而缺点是采集速度受限且通道间切换易受#干扰#影响。横河推出通道独立A/D模块(如图9)，每个测量通道使用独立A/D#转换器#，提高抗#干扰#性的同时大幅提高了共模耐压。

　　

　　图9 独立A/D模块回路示意图

　　除了#记录仪#提供的抑制#干扰#的方法以外，用户在实际#测试#过程中可通过一些方法来减少#干扰#的影响。例如可使用#绝缘#胶带将被测物与#热电偶#前端隔离；将#信号源#和#记录仪#通过等电位化来去除地电流所产生的的电势差；还有使用绞合屏蔽#热电偶#线，可抑制#热电偶#布线时的静电耦合#干扰#。

　　关于横河大学

　　横河以产品和质量享誉全球，更以优质的服务，获得信赖。横河大学传承百年技术积淀，汇聚20年一线经验，呈现经典案例，演绎细节操作，为您提供一站式#测试#专业培训。您可以选择不同形式参与横河大学的学习，教室培训、现场培训或数字培训、在线培训，满足您随时随地学习的需求。系统化的课程体系，#帮助#您更深入地理解各类#测试#的原理和技巧。我们愿与客户共同成长，让横河大学成为新一代通用#测试#和光通信#测试#专家的摇篮！