稳定性: 稳定性指传感器在长时间使用时仍保持其性能的能力,一般以在室温条件下经过一段规定的时间后,输出与起始标定时的输出之间的差异表示。 静态误差(精度): 精度是评价传感器静态性能的综合性指标,指传感器在满量程内任一点输出值相对其理想值的可能偏离(接近)程度,它表示该传感器在静态测量时所得数据的不精确度。 精度的测量方法很多,目前国内外尚不统一。
动态特性 动态特性是反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用频率响应和阶跃响应来表示。 传感器的频率响应特性 将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器,其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系称为频率响应特性。由于相频特性和幅频特性之间有一定的内在关系,因此表示传感器的频响特性及频域性能指标时主要用幅频特性(图3)。

图3 典型的对数幅频特性
传感器的阶跃响应特性 当给静止的传感器输入一个单位阶跃信号 时,其输出信号称为阶跃响应(图4,a为一阶系统;b为二阶系统)。

温度测量 温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。测量温度的热电式传感器是最早开发,应用最广的一类传感器,这类传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性,对温度进行检测的。 热电偶 热电偶传感器(图1)是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器,具有结构简单,制作方便,测温范围宽等特点。

热电偶测温的基本原理是两种不同材质导体组成闭合回路,当两端存在不同温度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在热电势,这就是所谓的塞贝克效应。热电偶直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与仪表连接,显示热电偶所产生的热电势(图2)。

图2 热电偶原理
根据材质不同,热电偶分不同的型号,目前按IEC国际标准,主要有S、B、E、K、R、J、T七种标准。由于热电偶产生的电势较小,且非线性,通常使用热电偶测温度时需要进行放大和线性化。热电偶输出的电热是两结点温度差的函数,通常将热电偶一端作为被测温度端,T0作为固定冷端(参考温度端),通常要求T0保持0度。但实际使用很难满足,所以产生了热电偶冷端补偿的问题,冷端补偿可采用补偿导线或补偿电桥等多种方法。 NI公司的SCC和SCXI系列调理产品均有针对热电偶调理的模块。NI SCC-TC系列是可调理各类热电偶的单通道模块,该产品支持±100mV范围内的毫伏输入,带有一个2Hz的低通静噪滤波器,增益100的仪用放大器,用于冷端温度补偿的板载热敏电阻以及实现M系列DAQ设备最高扫描速率的缓冲输出。SCC-TC系列模块的输入电路还包含高阻抗偏压电阻器,可用于热电偶开路的检测以及浮动热电偶和接地参考热电偶的处理。同样作为热电偶调理的NI SCXI-1102和SCXI-1112每路输入通道也包括了一个仪器放大器和一个2Hz的低通滤波器。采集卡可以用高达333 kS/s(每通道3us)的速度扫描它们的模拟输入通道,支持采集的信号范围包括电压以及0到20mA或4到20mA的电流。SCXI每个模块的所有通道都可以被NI数据采集卡的某一路通道采集,并支持另加模块以增加通道数。 NI也提供带有专门针对某类应用调理的数据采集卡,即C系列产品。NI 9211A专门针对各类型的热电偶测量设计,24位分辨率保证了高精度,内置传感器则实现了冷端温度补 偿。该模块还具有250 Vrms通道-地面接地隔离,实现了安全、抗干扰和高共模电压范围。NI 9211A可加上一个USB 9162构成USB-9211A单独使用,也可以插在cDAQ-9172的8槽USB底板上作为cDAQ系统中的一个模块使用。 cDAQ模块虽然集采集调理为一体,但是通道数较少,NI 9211A可以同时采集4路热电偶,单通道采样率为12S/s。如果需要采集多通道或高速的热电偶信号,可选择M系列数据采集卡加上SCC或SCXI调理模块。
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