穩(wěn)定性: 穩(wěn)定性指?jìng)鞲衅髟陂L(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)仍保持其性能的能力,一般以在室溫條件下經(jīng)過(guò)一段規(guī)定的時(shí)間后,輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異表示。 靜態(tài)誤差(精度): 精度是評(píng)價(jià)傳感器靜態(tài)性能的綜合性指標(biāo),指?jìng)鞲衅髟跐M量程內(nèi)任一點(diǎn)輸出值相對(duì)其理想值的可能偏離(接近)程度,它表示該傳感器在靜態(tài)測(cè)量時(shí)所得數(shù)據(jù)的不精確度。 精度的測(cè)量方法很多,目前國(guó)內(nèi)外尚不統(tǒng)一。
動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性是反映傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。在實(shí)際工作中,傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得,并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種,所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)來(lái)表示。 傳感器的頻率響應(yīng)特性 將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號(hào)輸入傳感器,其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱為頻率響應(yīng)特性。由于相頻特性和幅頻特性之間有一定的內(nèi)在關(guān)系,因此表示傳感器的頻響特性及頻域性能指標(biāo)時(shí)主要用幅頻特性(圖3)。

圖3 典型的對(duì)數(shù)幅頻特性
傳感器的階躍響應(yīng)特性 當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個(gè)單位階躍信號(hào) 時(shí),其輸出信號(hào)稱為階躍響應(yīng)(圖4,a為一階系統(tǒng);b為二階系統(tǒng))。

溫度測(cè)量 溫度是一個(gè)基本的物理量,自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。測(cè)量溫度的熱電式傳感器是最早開(kāi)發(fā),應(yīng)用最廣的一類傳感器,這類傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性,對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)的。 熱電偶 熱電偶傳感器(圖1)是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用最廣的熱電式傳感器,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作方便,測(cè)溫范圍寬等特點(diǎn)。

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)。

圖2 熱電偶原理
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。
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