熱電阻是一種溫度傳感器件，其電阻隨溫度升高而增加。熱電阻由線圈或純金屬沉積膜組成。熱電阻可以由不同的金屬制成并具有不同的電阻，但最流行的熱電阻是鉑，在零攝氏度時 標稱電阻為100 W。本文重點解說使用熱電阻測量溫度全部基礎內容。
     上海自動化儀表三廠熱電阻以其在寬溫度范圍內的出色精度而聞名。一些熱電阻 在零攝氏度時的精度高達0.01 W（0.026°C）。熱電阻也是非常穩定的設備。常見的工業熱電阻漂移低于0.1°C /年，有些型號穩定在0.0025°C /年以內。
     熱電阻可能難以測量，因為它們具有相對較低的電阻（100W），其隨溫度（小于0.4W /°C）僅略微變化。要準確測量這些電阻的微小變化，您可能需要使用特殊配置，以最大限度地減少引線電阻的誤差。
     由于熱電阻是無源電阻器件，因此必須通過器件傳遞電流以產生可測量的電壓。該電流導致熱電阻內部加熱，這顯示為錯誤。自加熱通常指定為將熱電阻溫度提高1°C或1 mW /°C的功率。您可以通過使用盡可能小的激勵電流來最小化自加熱。自加熱量也很大程度上取決于熱電阻浸入的介質。熱電阻可以在靜止空氣中自動加熱至高于移動水的100倍。
熱電阻中電阻和溫度的關系
     與其他溫度器件相比，熱電阻的輸出相對于溫度是相對線性的。稱為alpha（a）的溫度系數在熱電阻曲線之間不同。雖然各個制造商可能不同地指定α，但α最常被定義為熱電阻電阻從零到100°C的變化除以零攝氏度的電阻除以100°C：
     a（W / W /°C） =（R 100 - R 0）/（R 0 * 100°C）
     其中R 100是熱電阻在100°C時的電阻，R 0是熱電阻在零攝氏度時的電阻。例如，一個100 Wˉˉ鉑熱電阻 一個 = 0.003911將測量139.11 Wˉˉ在100℃下。圖1顯示了100 W鉑熱電阻 的典型電阻 - 溫度曲線。
     盡管電阻 - 溫度曲線是相對線性的，但是將測量的電阻精確地轉換為溫度需要曲線擬合。Callendar-Van Dusen方程通常用于近似熱電阻曲線：
     R t = R 0 [1 + At + Bt 2 + C（t - 100）3 ]
     其中R t是熱電阻在溫度= t時的電阻，R 0是熱電阻在零攝氏度時的電阻，A，B和C是表1中所示的 Callendar-Van Dusen系數，t是溫度以攝氏度為單位。對于零攝氏度以上的溫度，C系數等于零。因此，對于高于零攝氏度的溫度，該等式減少為二次曲線。如果你傳遞一個已知電流I EX，通過熱電阻并測量熱電阻上產生的輸出電壓V 0，你可以求解t：
     大多數鉑熱電阻曲線遵循三種標準曲線之一 - DIN 43760標準（a = 0.00385），美國工業或美國標準（a = 0.003911），或用于繞線的國際溫度標度（ITS-90） 熱電阻（a = 0.003925）。表3列出了這三種鉑熱電阻曲線中每一種的Callendar-Van Dusen系數。
熱電阻測量電路
     由于上海自動化儀表三廠熱電阻是電阻器件，因此必須通過器件驅動電流并監控產生的電壓。但是，將測量系統連接到熱電阻的導線中的任何電阻都會增加讀數誤差。例如，考慮連接到測量系統的雙線熱電阻元件，該系統還提供恒定電流源I EX來驅動熱電阻。如圖2所示，引線電阻上的電壓降R L增加了測量電壓。例如，每根導線中的0.3 W的引線電阻R L 在電阻測量中增加0.6 W的誤差。對于鉑熱電阻 一= 0.00385，電阻等于0.6 W /(0.385 W /°C）= 1.6°C誤差。
雙線熱電阻測量
     如果使用的引線長度大于10英尺，則可能需要補償此引線電阻。首選的熱電阻測量方法是使用四線熱電阻。一對導線將電流通過熱電阻; 另一對檢測熱電阻兩端的電壓。由于只有可忽略不計的電流流過傳感線，因此R L2和R L3的引線電阻誤差可以忽略不計。
四線熱電阻測量

、

     僅適用于零攝氏度以下的溫度; 對于零攝氏度以上的溫度，C = 0.0。
     表1.與普通熱電阻相對應的Callendar-Van Dusen系數
     為了降低成本，您可能希望使用三線熱電阻。通過使用具有電流源的Wheatstone配置的三線熱電阻，如圖4a所示，您可以補償引線電阻。注意，在這種橋配置中，R L2 和R L3的效果 相互抵消，因為它們位于橋的相對臂中。引線電阻R L2不會增加明顯的誤差，因為很少有電流流過它?；蛘?，您可以使用電流激勵源并連接三線熱電阻，如圖4b所示。在這種配置中，僅一個引線的電阻R L1增加了測量誤差。
使用SCXI進行熱電阻測量
     通常需要將熱電阻連接到測量設備（如插件數據采集（DAQ）板）。信號調理為熱電阻產生電流激勵，放大輸出信號，并對信號進行濾波以消除不需要的噪聲。您還可以使用信號調理將熱電阻和受監控系統與DAQ系統和主機電氣隔離。
     信號調節儀器擴展（SCXI）是一種信號調理前端，可用于插入式DAQ板，或作為完整的外部DAQ系統。SCXI模塊調節來自各種信號源（如熱電阻，熱敏電阻和熱電偶）的信號，并將調節后的信號傳遞到插入式DAQ板。然后，插件板可以將信號直接獲取到PC存儲器中?；蛘?，您可以將SCXI系統連接到RS-232或RS-485串行網絡連接到PC以進行遠程數據采集。SCXI產品系列具有各種模擬和數字信號調理模塊，適用于各種類型的信號。SCXI-1121和SCXI-1122都非常適合熱電阻。
示例使用SCXI-1121監控16個上海自動化儀表三廠熱電阻
     對于此示例，假設您要使用16個100 W四線熱電阻來監控生產過程的效率。您可以使用四插槽SCXI-1000機箱中的四個SCXI-1121模塊監控所有16個熱電阻。模塊和機箱連接到插入式PC DAQ板，可從所有四個模塊獲取模擬信號，并將數字化讀數存儲到PC存儲器中。
     本例中的插件板是AT-MIO-16F-5，它是用于IBM PC AT和兼容計算機的12位，200 kHz多功能I / O板。由于其準確性，高掃描速率和自校準能力，AT-MIO-16F-5板用于該示例中。您還可以在Macintosh和PS / 2平臺上使用類似的多功能I / O板和SCXI系統。SCXI機箱通過SCXI-1345屏蔽電纜組件連接到AT-MIO-16F-5，長度可達10米。熱電阻連接到SCXI-1320接線端子，具有方便的螺釘端子和應變消除裝置。圖5是該系統的示意圖。
     IBM PC / XT / AT或兼容計算機控制溫度監控系統。因此，用于控制系統的應用軟件選擇包括National Instruments的LabWindows for DOS或LabVIEW for Windows?；蛘?，您可以在DOS或Windows中使用通用編程語言（如C，BASIC或Pascal），并使用NI-DAQ驅動程序軟件控制DAQ硬件，該軟件包含在所有NI插件DAQ板中。
配置SCXI系統進行熱電阻測量
     首先，配置SCXI-1121模塊進行熱電阻測量。配置包括為SCXI-1121的每個輸入通道設置激勵模式，增益和帶寬。請按照以下步驟配置SCXI-1121模塊：
     設置激勵模式。由于您使用的是四線熱電阻，因此請將每個通道配置為恒定電流激勵。您可以將電流源配置為0.15 mA或0.45 mA。較低的電流設置可最大限度地降低熱電阻自熱效應。
     設置增益。確定應用于熱電阻信號的增益。請注意選擇增益，以使SCXI-1121的輸出不超過AT-MIO-16F-5的+/- 5 V輸入范圍，但會產生最佳分辨率。例如，假設您將 在高達300°C的溫度下運行100 W 熱電阻。在此溫度下，熱電阻電阻增加至約220 w ^。使用0.15 mA電流源時，300°C時的電壓輸出為220 W * 0.15 mA = 33 mV。將SCXI-1121的增益設置為100將產生3.3 V的最大電壓輸出，該輸出在插入板的+/- 5 V輸入范圍內。
     設置帶寬。SCXI-1121在每個通道上都有可配置跳線的濾波器。您可以將每個濾波器設置為4 Hz或10 kHz的截止頻率。4 Hz濾波器對于抑制來自電源線和照明的60 Hz噪聲特別有用。表2總結了用于測量熱電阻的典型SCXI-1121配置。

注意：這些設置是基于每個通道配置的。
表2.與熱電阻一起使用的SCXI-1121的典型配置
將熱電阻
     連接到SCXI-1121使用SCXI-1320屏蔽端子塊將熱電阻連接到SCXI-1121模塊?；蛘?，您可以使用SCXI-1321或SCXI-1328接線端子，它們分別具有應變片和熱電偶的特殊功能，或SCXI-1330連接器和外殼。圖6顯示了用于將四線熱電阻正確連接到SCXI-1320的通道0的導線連接。 圖7包含將兩線，三線和線控熱電阻連接到SCXI-1121模塊的接線圖。
測量熱電阻溫度
     配置并安裝插入式DAQ板和SCXI-1121模塊并將熱電阻正確連接到SCXI接線盒后，您可以測量熱電阻感知的溫度。您可以使用LabVIEW，LabWindows或NI-DAQ軟件輕松監控熱電阻產生的電壓。以下軟件編程序列是使用每個軟件包進行熱電阻測量的典型代碼。
LabVIEW在LabVIEW中使用此編程序列：
     運行NI-DAQ配置實用程序并輸入SCXI硬件配置和跳線設置。此步驟告訴NI-DAQ驅動程序軟件正在使用哪些硬件以及如何配置模塊，包括在縮放數據時使用哪個增益值。
     測量熱電阻通道的電壓。您可以使用高級VI，例如DAQ菜單的Easy I / O調色板中的AI Sample Channel，來測量來自一個或多個SCXI通道的電壓。
     將電壓測量值縮放到溫度讀數。LabVIEW有一個虛擬儀器（VI），它使用Callendar-Van Dusen公式將電壓讀數調整到溫度讀數。這個名為熱電阻 Convert的VI位于DAQ菜單的DAQ Utilities面板中。
LabWindows / CVI
在LabWindows for DOS中使用此編程序列：
     運行NI-DAQ配置實用程序并輸入SCXI硬件配置和跳線設置。此步驟告訴NI-DAQ驅動程序軟件正在使用哪些硬件以及如何配置模塊。
     測量熱電阻通道的電壓。對于單點電壓測量，請使用功能序列SCXI_Load_Config，     SCXI_Single_Chan_Setup，AI_Read和AI_VScale。AI_VScale函數返回熱電阻通道上測量的電壓。
     將電壓測量值縮放到溫度讀數。LabWindows具有轉換功能，使用Callendar-Van Dusen公式將電壓讀數縮放到溫度讀數。這些函數，用于單點轉換的熱電阻轉換和用于多次轉換的熱電阻_Buf_Convert，是Transducer Conversions儀器驅動程序（convert.fp）的一部分。
布里奇維尤
     運行NI-DAQ配置實用程序（WDAQCONF.EXE）并輸入SCXI硬件配置和跳線設置。
     使用DAQ通道向導配置每個I / O通道。對于每個I / O通道，您可以配置縮放并指定標記名稱。您可以從彈出對話框中選擇熱電阻縮放。NI-DAQ服務器將使用適當的熱電阻傳輸功能自動將SCXI-1121的電壓測量值調節到溫度。
     在BridgeVIEW應用程序中，讀取分配給熱電阻輸入的標簽。數據將以縮放的溫度單位返回。
NI-DAQ在NI-DAQ中
使用此編程序列：
     運行NI-DAQ配置實用程序并輸入SCXI硬件配置和跳線設置。此步驟通知NI-DAQ驅動程序軟件正在使用哪些硬件以及如何配置模塊。
     測量熱電阻通道的電壓。對于單點電壓測量，請使用功能序列SCXI_Load_Config，     SCXI_Single_Chan_Setup，AI_Read和AI_VScale。AI_VScale函數返回熱電阻通道上測量的電壓。
     將電壓測量值縮放到溫度讀數。NI-DAQ有源代碼文件，可以實現Callendar-Van Dusen公式，將電壓讀數擴展到溫度讀數。這些文件稱為熱電阻.c，熱電阻.pas和熱電阻.bas，用于C，Pascal和BASIC編程語言。
低成本熱電阻測量
     熱電阻應用示例使用SCXI-1121隔離放大器。SCXI-1121模塊為四個隔離輸入通道中的每一個提供四個隔離且可獨立配置的激勵通道。如果通道間隔離不重要，可以使用SCXI-1122配置較便宜的系統，SCXI-1122包括一個電流激勵源，為多個熱電阻供電，
     您還可以使用SCXI 1121模塊的當前激勵通道為連接到其他SCXI-1120八通道隔離放大器模塊的多個熱電阻供電。單個SCXI-1121激勵通道可通過高達10 k W的負載驅動恒定電流供應。例如，如果每個熱電阻電阻限制在250 W，則單個SCXI-1121激勵通道可以在串行配置中為多達40個熱電阻供電。
結論
      熱電阻是多功能溫度傳感器，在很寬的溫度范圍內具有高精度。由于熱電阻是低阻設備，因此在接線和測量熱電阻時必須小心，以避免引線電阻引起的誤差。需要進行信號調節，如電流激勵和放大，以便使用DAQ設備進行熱電阻測量。使用SCXI信號調理系統，您可以調節多個熱電阻信號并將多路復用信號傳遞到PC插件DAQ板。

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