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熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在不同溫度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在熱電勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。熱電偶直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與儀表連接，顯示熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)（圖2）。
根據(jù)材質(zhì)不同，熱電偶分不同的型號(hào)，目前按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要有S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)。由于熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)較小，且非線性，通常使用熱電偶測(cè)溫度時(shí)需要進(jìn)行放大和線性化。熱電偶輸出的電熱是兩結(jié)點(diǎn)溫度差的函數(shù)，通常將熱電偶一端作為被測(cè)溫度端，T0作為固定冷端（參考溫度端），通常要求T0保持0度。但實(shí)際使用很難滿足，所以產(chǎn)生了熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，冷端補(bǔ)償可采用補(bǔ)償導(dǎo)線或補(bǔ)償電橋等多種方法。
NI公司的SCC和SCXI系列調(diào)理產(chǎn)品均有針對(duì)熱電偶調(diào)理的模塊。NI SCC-TC系列是可調(diào)理各類熱電偶的單通道模塊，該產(chǎn)品支持±100mV范圍內(nèi)的毫伏輸入，帶有一個(gè)2Hz的低通靜噪濾波器，增益100的儀用放大器，用于冷端溫度補(bǔ)償?shù)陌遢d熱敏電阻以及實(shí)現(xiàn)M系列DAQ設(shè)備最高掃描速率的緩沖輸出。SCC-TC系列模塊的輸入電路還包含高阻抗偏壓電阻器，可用于熱電偶開(kāi)路的檢測(cè)以及浮動(dòng)熱電偶和接地參考熱電偶的處理。同樣作為熱電偶調(diào)理的NI SCXI-1102和SCXI-1112每路輸入通道也包括了一個(gè)儀器放大器和一個(gè)2Hz的低通濾波器。采集卡可以用高達(dá)333 kS/s（每通道3us）的速度掃描它們的模擬輸入通道，支持采集的信號(hào)范圍包括電壓以及0到20mA或4到20mA的電流。SCXI每個(gè)模塊的所有通道都可以被NI數(shù)據(jù)采集卡的某一路通道采集，并支持另加模塊以增加通道數(shù)。
NI也提供帶有專門(mén)針對(duì)某類應(yīng)用調(diào)理的數(shù)據(jù)采集卡，即C系列產(chǎn)品。NI 9211A專門(mén)針對(duì)各類型的熱電偶測(cè)量設(shè)計(jì)，24位分辨率保證了高精度，內(nèi)置傳感器則實(shí)現(xiàn)了冷端溫度補(bǔ)償。該模塊還具有250 Vrms通道-地面接地隔離，實(shí)現(xiàn)了安全、抗干擾和高共模電壓范圍。NI 9211A可加上一個(gè)USB 9162構(gòu)成USB-9211A單獨(dú)使用，也可以插在cDAQ-9172的8槽USB底板上作為cDAQ系統(tǒng)中的一個(gè)模塊使用。
cDAQ模塊雖然集采集調(diào)理為一體，但是通道數(shù)較少，NI 9211A可以同時(shí)采集4路熱電偶，單通道采樣率為12S/s。如果需要采集多通道或高速的熱電偶信號(hào)，可選擇M系列數(shù)據(jù)采集卡加上SCC或SCXI調(diào)理模塊。
熱電阻（RTD）
熱電阻是中低溫采集時(shí)常用的一種溫度傳感器，它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，靈敏度高。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的，其大都由純金屬材料制成，目前使用最多的是鉑。熱電阻需要電源激勵(lì)，且不能夠瞬時(shí)測(cè)量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100，Pt1000，Cu50，Cu100等多種型號(hào)。
熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響，目前熱電阻的引線主要有三種方式：二線制，三線制，四線制。二線制是在熱電阻的兩端各連一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)，這種引線方法很簡(jiǎn)單，但是測(cè)量精度不高。在熱電阻一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用。因?yàn)闊犭娮枳鳛殡姌蛏弦粋�(gè)橋臂的電阻，其連接導(dǎo)線也是橋臂的一部分，而這部分電阻是未知且隨環(huán)境溫度變化的，會(huì)造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及相鄰橋臂上，這樣較好地消除了導(dǎo)線電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。熱電阻兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根為熱電阻提供激勵(lì)電流，把電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過(guò)另兩根輸出電壓供采集，這種引線方式可完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)，但成本也最高。
NI SCC-RTD01是針對(duì)熱電偶調(diào)理的雙通道模塊，可連接2、3或4線鉑電阻RTD（圖3）。NI SCC-RTD01的每一通道都帶有一個(gè)增益為25的放大器和一個(gè)30Hz低通濾波器，每一模塊上還提供用于1或2個(gè)RTD的1mA激勵(lì)源。NI SCXI-1102模塊與NI SCXI-1581電流激勵(lì)模塊一起使用，可以提供32通道的高精度RTD或熱敏電阻調(diào)理。1102帶有一個(gè)2 Hz低通濾波器，1581則提供穩(wěn)定的100µA電流源，從而確保測(cè)量精度。由于SCXI采用模塊化設(shè)計(jì)，在應(yīng)用需求改變時(shí)可以方便地?cái)U(kuò)展數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
NI 9217是具有4通道、24位分辨率的模擬輸入模塊，專門(mén)用作100 Ω 的RTD測(cè)量。NI 9217可配置兩種不同的采樣率模式，高采樣率模式下采樣率可達(dá)400 S/s（每通道100 S/s）；高分辨率模式下，采樣率為5 S/s（每通道1.25 S/s），并配有50/60Hz內(nèi)置噪聲抑制功能。NI 9217與3線和4線制RTD測(cè)量兼容，能自動(dòng)探測(cè)與通道連接的RTD類型，并將每條通道配置成恰當(dāng)?shù)哪Ｊ剑撃K提供每通道1mA的電流激勵(lì)，在整個(gè)操作溫度范圍內(nèi)的精度誤差小于1 °C。9217還包含NI ST校準(zhǔn)并具有通道-地面接地雙重隔離屏障，實(shí)現(xiàn)了安全性、抗擾性和高共模電壓范圍。
熱敏電阻
熱敏電阻是對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體（圖4），與RTD相似，其阻抗隨溫度變化而變化。熱敏電阻由玻璃或環(huán)氧珠封裝的金屬氧化物半導(dǎo)體材料制造而成。而且，熱敏電阻的典型標(biāo)稱阻抗值要比RTD高得多，阻抗值從2000Ω到10,000Ω，故可用于較低電流的測(cè)量。熱敏電阻具有較高的靈敏度（約200 Ω/°C），這使得它對(duì)于溫度的變化非常靈敏，具有極高的響應(yīng)速率，但它的使用范圍最高為300至500 °C。同樣，熱敏電阻也需要激勵(lì)，接線方式也有二三四線制之分，但是由于熱敏電阻的標(biāo)稱阻抗非常高，所以連線阻抗不會(huì)影響其測(cè)量值的精度，因此，二線制測(cè)量精度對(duì)于熱敏電阻已經(jīng)足夠，所以這種接線方式在熱敏電阻中最為常用。
NI SCXI-1102模塊與NI SCXI-1581電流激勵(lì)模塊一起使用，也可以提供32通道的熱敏電阻調(diào)理。
對(duì)于cDAQ模塊可選用AI采集的NI 9215配合提供電流激勵(lì)的NI 9265一起使用。NI 9215具有4路16位精度的同步電壓采集通道，能實(shí)現(xiàn)靈活而低成本的信號(hào)連接。該模塊還具有250Vrms通道-地面接地隔離，實(shí)現(xiàn)了安全、抗干擾和高共模電壓范圍。NI 9265是在高速情況下，連接并控制受電流驅(qū)動(dòng)的工業(yè)激勵(lì)器的理想之選。該模塊具有內(nèi)置式開(kāi)環(huán)檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到開(kāi)環(huán)時(shí)，該模塊會(huì)在軟件中產(chǎn)生中斷并產(chǎn)生0mA的上電輸出，以確保安全，避免在系統(tǒng)上電時(shí)驅(qū)動(dòng)激勵(lì)器。NI 9265需要9 V到36 V的外部電源。該模塊包括通道-地面接地雙重隔離屏障，具有良好的安全性和抗干擾性。
綜上所述，熱電偶價(jià)格便宜，而且有很快的響應(yīng)時(shí)間，但是它精度不高而且最不穩(wěn)定，最不靈敏。熱電偶僅僅是讀取頭和線之間的溫度差異，而RTD和熱敏電阻是讀取絕對(duì)溫度值。RTD是可靠性的最佳選擇，而且最為穩(wěn)定，精度最高。但是它的響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)而且因?yàn)樗枰粋�(gè)電流源，因此它有自熱產(chǎn)生。熱敏電阻輸出很快而且相對(duì)便宜，但是它易碎而且溫度范圍有限。它同樣需要一個(gè)電流源而且比RTD的自熱現(xiàn)象更為嚴(yán)重，同時(shí)它是非線性的（表1）。
溫度范圍的選擇上三者也有區(qū)別，熱敏電阻和熱電阻是測(cè)量低溫的溫度傳感器，熱敏電阻最低，在500度以下，熱電阻在-200到600℃，而熱電偶是測(cè)量中高溫的溫度傳感器，一般測(cè)量溫度在400到1600℃，在選擇時(shí)如果測(cè)量溫度在600℃就應(yīng)該選擇K型熱電偶，如果測(cè)量溫度在1200到1600℃就應(yīng)該選擇S型或者B型熱電偶。
應(yīng)變測(cè)量
應(yīng)變是施加于物體的作用力對(duì)物體造成形變的大小，它會(huì)隨著作用力的增加而增長(zhǎng)，對(duì)于一種材料，應(yīng)力的增長(zhǎng)是有限度的，超過(guò)這一限度，材料就要損壞，這個(gè)限度稱為該種材料的極限應(yīng)力。
應(yīng)變測(cè)量有多種方法，最常用的是采用應(yīng)變片。由于受到應(yīng)力，應(yīng)變片發(fā)生形變（長(zhǎng)度發(fā)生改變），從而導(dǎo)致其阻值也隨之產(chǎn)生正比變化。最常見(jiàn)的應(yīng)變片是金屬應(yīng)變片。
金屬應(yīng)變片由極細(xì)的金屬絲或薄片組成，繞成柵狀的形式使它們可以在平行的方向上最大程度地跟隨應(yīng)變發(fā)生變化（圖5）。柵格粘在被稱為載體的薄襯底上，并直接與被測(cè)試件連接。因此，被測(cè)件產(chǎn)生的應(yīng)變直接反映到應(yīng)變片上，使得應(yīng)變片電阻值產(chǎn)生線性變化。應(yīng)變片的阻值在30Ω到3000Ω，最常見(jiàn)的阻值標(biāo)準(zhǔn)是120Ω和350Ω。
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