常規測量指南-如何進行熱電偶測量

　　使用VJx(Ty)符號表示Jx接點在Ty溫度時所產生的電壓，一般熱電偶問題簡化成下式：

　　VMEAS = VJ1(TTC ) + VJ3(Tref ) (2)

　　式中，VMEAS表示數據采集系統測量得到的電壓值，TTC表示J1接點熱電偶的溫度，Tref表示基準端的溫度。

　　注意到在（2）式中，VJx(Ty)表示的是就某個基準溫度而言在Ty溫度環境下所產生的電壓。只要VJ1和VJ3是與同一個基準溫度相關的溫度函數，2式就成立。例如，如前文所述的NIST熱電偶參照表就是將基準端保持在0攝氏度情況下生成的。

　　因為J3和J1是同類型的，但是產生相對電壓，所以VJ3(Tref ) = -VJ1(Tref )。又因為VJ1是熱電偶類型測試狀態下產生的電壓，所以該電壓可以重命名為VTC。因此，2式可以改寫成下式：

　　VMEAS = VTC (TTC ) - VTC (Tref ) (3)

　　因此，通過測量VMEAS和Tref知道了熱電偶電壓同溫度的關系，就能夠確定熱電偶測量端的溫度。

　　現有兩種實現冷端補償的技術——硬件補償和軟件補償。兩種技術都需要使用可直接讀取傳感器得到基準端溫度。可直接讀取傳感器有一個只由測量點溫度決定的輸入端。半導體傳感器，電熱調節器和RTD都是常用的測量基準端溫度的儀器。

　　使用硬件補償，可以將一個可變電壓源插入到電路中，撤銷寄生溫差電壓。可變電壓源根據環境溫度產生一個補償電壓，這樣附加到修正電壓上用來撤銷不需要的溫差信號。當這些寄生信號都被去除了，數據采集系統測量的唯一信號就是從熱電偶測量端測得的電壓。使用硬件補償的情況下，數據采集系統終端的溫度是不相關的，因為其中的寄生性熱電偶電壓已經被取消了。硬件補償的主要不足之處在于，每種熱電偶必須擁有一個分開的能夠附加修正補償電壓的補償電路，這樣就會大大增加電路的成本。通常情況下，硬件補償在精度上也不及軟件補償。

　　或者您可以選擇使用軟件來進行冷端補償。在使用可直接讀取傳感器測量得到基準端溫度后，軟件能夠在被測電壓上附加一個適合的電壓值來消除冷端電壓的影響。回憶（3）式中指明被測電壓VMEAS等于（熱電偶）測量端接點和冷端接點之間的電壓差值。

　　熱電偶輸出電壓是高度非線性的。Seebeck系數會因為一些熱電偶的運行溫度區域中三個或以上的因素而有所變化。因此，您必須使用多項式來模擬熱電偶中電壓VS溫度曲線或者使用查表法。

　　連接熱電偶到儀器上

　　此部分以使用 NI cDAQ-9172底板和 NI 9211 C系列熱電偶模塊為例。相似的程序適用于連接熱電偶到不同儀器上（見圖4）。

　　所需設備：

• 用于NI CompactDAQ的 DAQ-9172 八插槽高速USB底板

• NI 9211四通道，14Sa/s，24-位，?80毫伏熱電偶輸入模塊

• J型熱電偶

圖4. NI CompactDAQ 系統

　　NI 9211擁有一個10接線點、可分離螺旋式接線柱連接器，提供能支持4個熱電偶輸入通道的連接。每個通道都分別有連接熱電偶正極的接線點，TC+，以及連接到負極的接線點，TC-。NI 9211也有一個通用接線點，COM。通常此端口內部連接到模塊的參考地。圖5所示為每個通道的接線分配，圖6為連線示意圖。

圖5. 終端分配