生活中當溫度上下浮動幾度時我們就需要增減衣物來適應環境的變化,而工業現場的溫度變化有時幾十度上百度都不止,如何精確測量工業現場的溫度變化呢,今天讓我們來關注下溫度采集。
我們平時是如何感知溫度的?
突然間看到這樣的問題,我想很多人都是有點懵的。其實別想太多,我們平時感知溫度的最主要方法就是“拿手摸”“用身體感知”。在這個過程中皮膚就相當于一個傳感器。會把溫度的變化轉變成神經能識別的電信號來傳遞給大腦,這樣我們就能感覺到溫度了。
工業中使用的熱傳感器原理和我們的皮膚是很相似的,也是通過把溫度這個物理量轉化為電阻或者電勢的變化從而進行采集的。根據其使用方法又可以分為接觸式與非接觸式兩種,細分又可以將其分解為接觸式的熱電阻、熱電偶、PN節熱傳感器非接觸式的紅外傳感器等等,五花八門不一而足。而其中又以熱電偶的使用最為常見。
稍微內行的人想必都聽過熱電偶的名字,其結構主要由兩根不同材料的金屬絲兩端接合成為回路,金屬絲的兩個連接的節點分別被稱為冷端與熱端,其熱端(又叫測量端)置于被測介質中,冷端(又叫參比端)遠離被測介質。在熱電效應的作用下兩節點間產生電勢差,將此電勢差以測量儀器采集之后即可換算成為溫度。
然而,這樣的方案看似完美,實則存在缺陷。因為熱端置于測量環境之后我們該如何保證冷端的“冷”呢?如果冷端離得太近也跟著熱了起來這樣的測量將毫無意義。通常來說熱電偶的冷端是在0度環境下標定的,真實測量環境要將此條件考慮進去才能盡量做到測量的準確。在物理方面,主要有以下幾種方法來進行冷端補償:
1、補償導線法:將導線延長使冷端盡量遠離被測環境,以此提高測量精確程度,但成本也隨之提升,導線加長也有可能引入新誤差;
2、0攝氏度恒溫法:將冷端置于冰水混合物中,保證了冷端為0度極大提高了測量結果的可靠程度,然而麻煩且成本高,極少采用;
3、電橋補償法:是在熱電偶測溫系統中串聯一個不平衡電橋,此電橋輸出的電壓隨熱電偶冷端溫度變化而變化,以修正熱電偶因冷端溫度波動引入的誤差。此方法對技術的要求比較高。
物理的補償方法,或多或少都有著其缺點,更好一些的方法是通過數學方法進行計算修正。熱電效應計算溫度的公式如下:
回歸原式,將室溫帶入公式進行修正即可抵消冷端溫度變化產生的誤差。即使用普通數采采集被測物工作溫度后,人工使用EXCEL做大量數據運算:被測物工作溫度-固定室溫值; 這個過程中又不得不耗費人工成本,實在是讓人頭疼。
這種小事上再從壓榨人工方面入手,看起來并不那么明智。既然是大量的公式計算工作,何不交給后面的數據采集儀器來做呢?
譬如,致遠電子DM100數據采集記錄儀自帶Delta運算功能:將輸入端(被測物工作溫度)與基準通道(測試環境溫度,如室溫)測量值的差值,作為該通道的測量值。在溫度測量中,以室溫為基準,便于測量與室溫之間的差值。完美解決了這樣的問題。
DM100 數據采集記錄儀可高精度采集直流電壓、直流電流、數字量、溫度、濕度等多種傳感器信號數據,實時顯示多種測量結果,并對測量結果進行自定義二次運算、報警輸出等操作。通過模塊化的設計構架,DM100最多可擴展至200個采集通道,適合工業環境中的多通道數據采集記錄。
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原文標題:如何量化工業環境的“冷熱飄忽”?
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