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采用 NI Compact DAQ與NI9215C系列模塊測量熱敏電阻

由于熱敏電阻是阻抗性器件,必須對其施加一個激勵源,然后讀取終端的電壓,該激勵源必須保持恒定和具有相當的精度。可以將熱敏電阻以差分方式接入模擬輸入通道以進行溫度測量,換言之,必須跨越熱敏電阻連接模擬輸入通道的十Ve和一Ve端子。熱敏電阻可采用2-線、3-線或4-線配置,其連接分別如圖1-12所示。

當存在多于兩條的連線時,這些額外的連線僅用于與激勵源的連接。在3-線或4線連接方法中,連線被納入到跨越測量設備的高阻抗通路中,從而有效地降低了由連線阻抗(R1)帶來的誤差。

將熱敏電阻連接至測量設備的最簡便方法便是采用2線連接,如圖1-13所示。在此方法中,給熱敏電阻施加激勵源的兩根連線也可用于測量熱敏電阻的電壓。由于熱敏電阻的標稱阻抗非常高,故連線的阻抗不會影響其測量值的精度;因此,2線測量精度對于熱敏電阻已足夠,從而使得2-線熱敏電阻最為常用。

許多儀器提供了類似的與熱敏電阻連接的可選方案,以NICompact DAQ與NI9215C系列模塊構成的測試系統為例,帶有不同外部激勵的NI9215與熱敏電阻連接框圖如圖1-14所示,在圖1-14中,差分連接的兩條連線分別與熱敏電阻的任一端和信號通道的正極端子或負極端子(這里是針腳0和針腳1)相連。當利用此類型的傳感器進行數據采集時,可以指定激勵電流(Iex)或激勵電壓(Uex),這取決于所使用的激勵源的類型。

該電阻兩端的電壓差值讀數可以視為溫度值,電阻兩端的電壓與溫度并不呈完美的線性關系。為了將熱敏電阻的阻抗映射至溫度, NI-DAQMX驅動程序采用了 Steinhart-Hart熱敏電阻階近似公式

式中:T表示凱爾文溫度;R表示測量所得的阻抗值;A、B和C是由熱敏電阻制造商提供的常數系數。

可以使用外部信號源,如C系列電壓輸出模塊或電流輸出模塊施加激勵,由于熱敏電阻的標稱阻抗非常高,需要一個可以精確輸出低電流的信號源。可以使用NI9265C系列模擬輸出模塊作為熱敏電阻的電流激勵源,將其布置在與采集熱敏電阻讀數的C系列模塊相同的 NICDAQ9172底板上。N19265具有16位精度的0~20mA的輸出范圍。該款獨特的輸出模塊具有與面向溫度讀數的輸入模塊相同數目的通道。NI9265模擬輸出模塊端子如圖1-15所示。

如果無法排出額外的熱量,由激勵電流引發的熱量會導致傳感元的溫度升高而超過外圍溫度,從而在外圍溫度的讀數中引入誤差,可以通過降低激勵電流使自熱的影響最小化。

熱敏電阻所產生的信號通常在毫伏量級,這使得它們很容易受到噪聲的干擾。在熱敏電阻數據采集系統中,通常采用低通濾波器以有效濾除熱敏電阻測量中的高頻噪聲。例如,低通濾波器對于去除在大多數實驗室和工廠環境中極為常見的60Hz電力線噪聲非常有用。完成系統配置后可以利用 LABVIEW圖形化編程環境采集并査看數據,如圖1-16所示。

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