热电阻(RTD) 热电阻是中低温采集时常用的一种温度传感器,它的主要特点是测量精度高,性能稳定,灵敏度高。热电阻是基于金属导体或半导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的,其大都由纯金属材料制成,目前使用最多的是铂。热电阻需要电源激励,且不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100,Pt1000,Cu50,Cu100等多种型号。 热电阻的引线对测量结果会有较大的影响,目前热电阻的引线主要有三种方式:二线制,三线制,四线制。二线制是在热电阻的两端各连一根导线来引出电阻信号,这种引线方法很简单,但是测量精度不高。在热电阻一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用。因为热电阻作为电桥上一个桥臂的电阻,其连接导线也是桥臂的一部分,而这部分电阻是未知且随环境温度变化的,会造成测量误差。采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及相邻桥臂上,这样较好地消除了导线电阻带来的测量误差。热电阻两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根为热电阻提供激励电流,把电阻转换成电压信号,再通过另两根输出电压供采集,这种引线方式可完全消除引线电阻的影响,主要用于高精度的温度检测,但成本也最高。 NI SCC-RTD01是针对热电偶调理的双通道模块,可连接2、3或4线铂电阻RTD(图3)。NI SCC-RTD01的每一通道都带有一个增益为25的放大器和一个30Hz低通滤波器,每一模块上还提供用于1或2个RTD的1mA激励源。NI SCXI-1102模块与NI SCXI-1581电流激励模块一起使用,可以提供32通道的高精度RTD或热敏电阻调理。1102带有一个2 Hz低通滤波器,1581则提供稳定的100μA电流源,从而确保测量精度。由于SCXI采用模块化设计,在应用需求改变时可以方便地扩展数据采集系统。

NI 9217是具有4通道、24位分辨率的模拟输入模块,专门用作100 Ω 的RTD测量。 NI 9217可配置两种不同的采样率模式,高采样率模式下采样率可达400 S/s(每通道100 S/s);高分辨率模式下,采样率为5 S/s(每通道1.25 S/s),并配有50/60Hz内置噪声抑制功能。NI 9217与3线和4线制RTD测量兼容,能自动探测与通道连接的RTD类型,并将每条通道配置成恰当的模式,该模块提供每通道1mA的电流激励,在整个操作温度范围内的精度误差小于1 °C。9217还包含NI ST校准并具有通道-地面接地双重隔离屏障,实现了安全性、抗扰性和高共模电压范围。 热敏电阻 热敏电阻是对温度敏感的半导体(图4),与RTD相似,其阻抗随温度变化而变化。热敏电阻由玻璃或环氧珠封装的金属氧化物半导体材料制造而成。而且,热敏电阻的典型标称阻抗值要比RTD高得多,阻抗值从2000Ω到10,000Ω,故可用于较低电流的测量。热敏电阻具有较高的灵敏度(约200 Ω/°C),这使得它对于温度的变化非常灵敏,具有极高的响应速率,但它的使用范围最高为300至500 °C。同样,热敏电阻也需要激励,接线方式也有二三四线制之分,但是由于热敏电阻的标称阻抗非常高,所以连线阻抗不会影响其测量值的精度,因此,二线制测量精度对于热敏电阻已经足够,所以这种接线方式在热敏电阻中最为常用。

图4 热敏电阻
NI SCXI-1102模块与NI SCXI-1581电流激励模块一起使用,也可以提供32通道的热敏电阻调理。 对于cDAQ模块可选用AI采集的NI 9215配合提供电流激励的NI 9265一起使用。NI 9215具有4路16位精度的同步电压采集通道,能实现灵活而低成本的信号连接。该模块还具有250Vrms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 9265是在高速情况下,连接并控制受电流驱动的工业激励器的理想之选。该模块具有内置式开环检测。当检测到开环时,该模块会在软件中产生中断并产生0mA的上电输出,以确保安全,避免在系统上电时驱动激励器。NI 9265需要9 V到36 V的外部电源。该模块包括通道-地面接地双重隔离屏障,具有良好的安全性和抗干扰性。
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