常規(guī)測量指南-如何進(jìn)行熱電偶測量

　　使用VJx(Ty)符號表示Jx接點(diǎn)在Ty溫度時(shí)所產(chǎn)生的電壓，一般熱電偶問題簡化成下式：

　　VMEAS = VJ1(TTC ) + VJ3(Tref ) (2)

　　式中，VMEAS表示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量得到的電壓值，TTC表示J1接點(diǎn)熱電偶的溫度，Tref表示基準(zhǔn)端的溫度。

　　注意到在（2）式中，VJx(Ty)表示的是就某個(gè)基準(zhǔn)溫度而言在Ty溫度環(huán)境下所產(chǎn)生的電壓。只要VJ1和VJ3是與同一個(gè)基準(zhǔn)溫度相關(guān)的溫度函數(shù)，2式就成立。例如，如前文所述的NIST熱電偶參照表就是將基準(zhǔn)端保持在0攝氏度情況下生成的。

　　因?yàn)镴3和J1是同類型的，但是產(chǎn)生相對電壓，所以VJ3(Tref ) = -VJ1(Tref )。又因?yàn)閂J1是熱電偶類型測試狀態(tài)下產(chǎn)生的電壓，所以該電壓可以重命名為VTC。因此，2式可以改寫成下式：

　　VMEAS = VTC (TTC ) - VTC (Tref ) (3)

　　因此，通過測量VMEAS和Tref知道了熱電偶電壓同溫度的關(guān)系，就能夠確定熱電偶測量端的溫度。

　　現(xiàn)有兩種實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償的技術(shù)——硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。兩種技術(shù)都需要使用可直接讀取傳感器得到基準(zhǔn)端溫度?？芍苯幼x取傳感器有一個(gè)只由測量點(diǎn)溫度決定的輸入端。半導(dǎo)體傳感器，電熱調(diào)節(jié)器和RTD都是常用的測量基準(zhǔn)端溫度的儀器。

　　使用硬件補(bǔ)償，可以將一個(gè)可變電壓源插入到電路中，撤銷寄生溫差電壓。可變電壓源根據(jù)環(huán)境溫度產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電壓，這樣附加到修正電壓上用來撤銷不需要的溫差信號。當(dāng)這些寄生信號都被去除了，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量的唯一信號就是從熱電偶測量端測得的電壓。使用硬件補(bǔ)償?shù)那闆r下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端的溫度是不相關(guān)的，因?yàn)槠渲械募纳詿犭娕茧妷阂呀?jīng)被取消了。硬件補(bǔ)償?shù)闹饕蛔阒幵谟冢糠N熱電偶必須擁有一個(gè)分開的能夠附加修正補(bǔ)償電壓的補(bǔ)償電路，這樣就會大大增加電路的成本。通常情況下，硬件補(bǔ)償在精度上也不及軟件補(bǔ)償。

　　或者您可以選擇使用軟件來進(jìn)行冷端補(bǔ)償。在使用可直接讀取傳感器測量得到基準(zhǔn)端溫度后，軟件能夠在被測電壓上附加一個(gè)適合的電壓值來消除冷端電壓的影響?；貞洠?）式中指明被測電壓VMEAS等于（熱電偶）測量端接點(diǎn)和冷端接點(diǎn)之間的電壓差值。

　　熱電偶輸出電壓是高度非線性的。Seebeck系數(shù)會因?yàn)橐恍犭娕嫉倪\(yùn)行溫度區(qū)域中三個(gè)或以上的因素而有所變化。因此，您必須使用多項(xiàng)式來模擬熱電偶中電壓VS溫度曲線或者使用查表法。

　　連接熱電偶到儀器上

　　此部分以使用 NI cDAQ-9172底板和 NI 9211 C系列熱電偶模塊為例。相似的程序適用于連接熱電偶到不同儀器上（見圖4）。

　　所需設(shè)備：

• 用于NI CompactDAQ的 DAQ-9172 八插槽高速USB底板

• NI 9211四通道，14Sa/s，24-位，?80毫伏熱電偶輸入模塊

• J型熱電偶

圖4. NI CompactDAQ 系統(tǒng)

　　NI 9211擁有一個(gè)10接線點(diǎn)、可分離螺旋式接線柱連接器，提供能支持4個(gè)熱電偶輸入通道的連接。每個(gè)通道都分別有連接熱電偶正極的接線點(diǎn)，TC+，以及連接到負(fù)極的接線點(diǎn)，TC-。NI 9211也有一個(gè)通用接線點(diǎn)，COM。通常此端口內(nèi)部連接到模塊的參考地。圖5所示為每個(gè)通道的接線分配，圖6為連線示意圖。

圖5. 終端分配