一款基于萬用表組建的高精度溫度測量設(shè)計(jì)方案

雖說溫度測量在各種工業(yè)現(xiàn)場分布十分廣泛，但是能實(shí)現(xiàn)精確和快速的溫度測量十分困難。其實(shí)現(xiàn)之難點(diǎn)有：溫度信號本身并不像一般的物理信號那么容易直接檢測，而且溫度測量數(shù)據(jù)都是要通過數(shù)字形式保存或記錄的，這樣又涉及到了傳感器技術(shù)、精確測量和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，使得溫度測量難度加大。本文通過介紹利用RIGOL的臺式萬用表DM3068為工程師們提供了一種便捷、精確的解決方案。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度測量系統(tǒng)主要由三部分組成：溫度傳感器(用于將溫度變化轉(zhuǎn)換為電壓/電阻的變化)、測量部分(測量電壓/電阻信號)、計(jì)算和轉(zhuǎn)換部分(將測量的電壓/電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值)。其中，溫度傳感器已經(jīng)形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，只需要選擇適合應(yīng)用的產(chǎn)品即可。余下的兩個(gè)部分，則可以直接由DM3068承擔(dān)。另外，再搭配一臺PC，用于記錄和分析測量結(jié)果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

選擇溫度傳感器

目前工業(yè)應(yīng)用中，常見的溫度傳感器有熱電偶(TC)、熱電阻(RTD)和熱敏電阻(Thermistor)三種。DM3068直接內(nèi)置了針對這三種傳感器各個(gè)型號的測量支持，方便溫度測量。

DM3068溫度測量功能

DM3068是一款精度達(dá)到61/2的臺式萬用表，除了可進(jìn)行各種電信號測量外，其內(nèi)置溫度測量功能，可以直接與多種溫度傳感器連接進(jìn)行溫度測量。支持前面板操作和遠(yuǎn)程通信方式控制并獲取測量結(jié)果。

由于DM3068前端內(nèi)置冷端參考溫度測量，因此，只需要簡單的將TC溫度傳感器直接以電壓測量方式連接DM3068，并在DM3068設(shè)置界面選擇匹配的TC傳感器類型，即可開始溫度測量。DM3068還支持2線RTD、4線RTD溫度傳感器和Thermistor溫度傳感器，也只需選擇與傳感器匹配的參數(shù)即可直接測量溫度。

DM3068直接支持B型、E型、J型、K型、N型、R型、S型、T型的TC傳感器，支持R0參數(shù)范圍為49～2100Ω，傳感器系數(shù)α為0.00385、0.00389、0.00391、0.00392的2線或4線RTD傳感器，支持2.2kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ、30kΩ五種類型的Thermistor傳感器，并足以滿足通常的應(yīng)用。

由于DM3068本身能夠提供高精度的電壓、電阻測量，最小可分辨精度可達(dá)0.1μV電壓或0.1mΩ電阻。因此在溫度測量的時(shí)候，測溫的可靠性和穩(wěn)定性可以得到充分的保障。內(nèi)部計(jì)算方式采用符合國際溫度標(biāo)準(zhǔn)ITS-90的計(jì)算方法，溫度計(jì)算精度可達(dá)0.001℃。另外還具有多種統(tǒng)計(jì)和控制功能方便與其他設(shè)備組建集成溫度測試系統(tǒng)。

測量應(yīng)用舉例

應(yīng)用場景

采用RTD傳感器，型號Pt100，α參數(shù)為0.00385,利用DM3068的統(tǒng)計(jì)功能記錄當(dāng)前溫度變化情況，并保存測量數(shù)據(jù)供以后查閱。

設(shè)置方法

參考圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，連接傳感器的兩個(gè)端子到DM3068的電阻測量輸入端，然后設(shè)置DM3068的溫度測量功能。為了保證被測信號連接可靠，使用如圖 2(a)所示的橡膠頭連接器，引線端可以直接連接溫度傳感器的引線，金屬頭可以直接接入DM3068的電壓測量輸入表筆插孔。連接后的效果如圖 2(b)所示。

(a)連接用橡膠頭 (b)連接后的效果

圖2 DM3068與傳感器的連接

在DM3068前面板，按“Sensor”鍵進(jìn)入傳感器配置界面，依次選擇“新建”→“溫度”→“類型”→“RTD”→“R0”,設(shè)置電阻為100Ω，選擇α參數(shù)為0.00385。設(shè)置完成后，返回上一級單擊“確定”→“應(yīng)用”按鈕,即可開始進(jìn)行溫度測量。

用DM3068配套的9孔串口通信線連接電腦和DM3068。在DM3068前面板按“Utility”鍵，進(jìn)入設(shè)置界面，然后依次選擇“接口”→“RS232”→“設(shè)置”→“波特率”，其中，波特率選擇9600，再通過“接口”→“RS232”→“打印”→“打開”，來打開DM3068自動(dòng)通過串口以字符方式打印數(shù)據(jù)到串口的功能。在電腦的“開始→程序→附件→通信”目錄下打開“超級終端”串口通信軟件，設(shè)置波特率為9600，硬件握手無，其他參數(shù)默認(rèn)即可，并通過軟件的“傳送→捕獲文字”菜單下設(shè)置數(shù)據(jù)保存的路徑和數(shù)據(jù)文件名，啟動(dòng)后，超級終端將自動(dòng)將屏幕顯示的數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的文件中，將來可以記事本或Excel直接打開保存的文件。

同時(shí)，還可以打開DM3068的趨勢繪圖功能，測量結(jié)束后還可以直接保存繪圖結(jié)果到U盤。在DM3068前面板按“Math”鍵進(jìn)入設(shè)置界面，按“趨勢繪圖”直接進(jìn)入趨勢繪圖功能。按屏幕下方第一個(gè)藍(lán)色軟鍵，可以調(diào)出菜單，測量完成后按“停止”鍵即可停止繪圖，此時(shí)還彈出一個(gè)“PrtScn”菜單，從前面板USB接口處插入U(xiǎn)盤，按下“PrtScn”菜單鍵即可直接保存繪圖，結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 趨勢繪圖

結(jié)束語

比較復(fù)雜的問題是如何實(shí)現(xiàn)高精度和快速的溫度測量系統(tǒng)，但是其實(shí)現(xiàn)也不是沒有可能，只要充分利用了DM3068豐富的測量功能，便捷的高精度溫度測量就能實(shí)現(xiàn)。此外，DM3068優(yōu)勢還有很多，其豐富的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)功能和通過/失敗檢測輸出功能和豐富的通信接口，就能夠讓工程師們自由的組建高精度溫度測量系統(tǒng)，十分便捷。