一款基于萬(wàn)用表組建的高精度溫度測量設計方案

雖說(shuō)溫度測量在各種工業(yè)現場(chǎng)分布十分廣泛，但是能實(shí)現精確和快速的溫度測量十分困難。其實(shí)現之難點(diǎn)有：溫度信號本身并不像一般的物理信號那么容易直接檢測，而且溫度測量數據都是要通過(guò)數字形式保存或記錄的，這樣又涉及到了傳感器技術(shù)、精確測量和數據處理等技術(shù)，使得溫度測量難度加大。本文通過(guò)介紹利用RIGOL的臺式萬(wàn)用表DM3068為工程師們提供了一種便捷、精確的解決方案。

系統結構

溫度測量系統主要由三部分組成：溫度傳感器(用于將溫度變化轉換為電壓/電阻的變化)、測量部分(測量電壓/電阻信號)、計算和轉換部分(將測量的電壓/電阻值轉換為溫度值)。其中，溫度傳感器已經(jīng)形成工業(yè)標準化的產(chǎn)品，只需要選擇適合應用的產(chǎn)品即可。余下的兩個(gè)部分，則可以直接由DM3068承擔。另外，再搭配一臺PC，用于記錄和分析測量結果。系統結構示意圖如圖 1所示。

圖1 系統結構示意圖

選擇溫度傳感器

目前工業(yè)應用中，常見(jiàn)的溫度傳感器有熱電偶(TC)、熱電阻(RTD)和熱敏電阻(Thermistor)三種。DM3068直接內置了針對這三種傳感器各個(gè)型號的測量支持，方便溫度測量。

DM3068溫度測量功能

DM3068是一款精度達到61/2的臺式萬(wàn)用表，除了可進(jìn)行各種電信號測量外，其內置溫度測量功能，可以直接與多種溫度傳感器連接進(jìn)行溫度測量。支持前面板操作和遠程通信方式控制并獲取測量結果。

由于DM3068前端內置冷端參考溫度測量，因此，只需要簡(jiǎn)單的將TC溫度傳感器直接以電壓測量方式連接DM3068，并在DM3068設置界面選擇匹配的TC傳感器類(lèi)型，即可開(kāi)始溫度測量。DM3068還支持2線(xiàn)RTD、4線(xiàn)RTD溫度傳感器和Thermistor溫度傳感器，也只需選擇與傳感器匹配的參數即可直接測量溫度。

DM3068直接支持B型、E型、J型、K型、N型、R型、S型、T型的TC傳感器，支持R0參數范圍為49～2100Ω，傳感器系數α為0.00385、0.00389、0.00391、0.00392的2線(xiàn)或4線(xiàn)RTD傳感器，支持2.2kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ、30kΩ五種類(lèi)型的Thermistor傳感器，并足以滿(mǎn)足通常的應用。

由于DM3068本身能夠提供高精度的電壓、電阻測量，最小可分辨精度可達0.1μV電壓或0.1mΩ電阻。因此在溫度測量的時(shí)候，測溫的可靠性和穩定性可以得到充分的保障。內部計算方式采用符合國際溫度標準ITS-90的計算方法，溫度計算精度可達0.001℃。另外還具有多種統計和控制功能方便與其他設備組建集成溫度測試系統。

測量應用舉例

應用場(chǎng)景

采用RTD傳感器，型號Pt100，α參數為0.00385,利用DM3068的統計功能記錄當前溫度變化情況，并保存測量數據供以后查閱。

設置方法

參考圖1系統結構，連接傳感器的兩個(gè)端子到DM3068的電阻測量輸入端，然后設置DM3068的溫度測量功能。為了保證被測信號連接可靠，使用如圖 2(a)所示的橡膠頭連接器，引線(xiàn)端可以直接連接溫度傳感器的引線(xiàn)，金屬頭可以直接接入DM3068的電壓測量輸入表筆插孔。連接后的效果如圖 2(b)所示。

(a)連接用橡膠頭 (b)連接后的效果

圖2 DM3068與傳感器的連接

在DM3068前面板，按“Sensor”鍵進(jìn)入傳感器配置界面，依次選擇“新建”→“溫度”→“類(lèi)型”→“RTD”→“R0”,設置電阻為100Ω，選擇α參數為0.00385。設置完成后，返回上一級單擊“確定”→“應用”按鈕,即可開(kāi)始進(jìn)行溫度測量。

用DM3068配套的9孔串口通信線(xiàn)連接電腦和DM3068。在DM3068前面板按“Utility”鍵，進(jìn)入設置界面，然后依次選擇“接口”→“RS232”→“設置”→“波特率”，其中，波特率選擇9600，再通過(guò)“接口”→“RS232”→“打印”→“打開(kāi)”，來(lái)打開(kāi)DM3068自動(dòng)通過(guò)串口以字符方式打印數據到串口的功能。在電腦的“開(kāi)始→程序→附件→通信”目錄下打開(kāi)“超級終端”串口通信軟件，設置波特率為9600，硬件握手無(wú)，其他參數默認即可，并通過(guò)軟件的“傳送→捕獲文字”菜單下設置數據保存的路徑和數據文件名，啟動(dòng)后，超級終端將自動(dòng)將屏幕顯示的數據保存在相應的文件中，將來(lái)可以記事本或Excel直接打開(kāi)保存的文件。

同時(shí)，還可以打開(kāi)DM3068的趨勢繪圖功能，測量結束后還可以直接保存繪圖結果到U盤(pán)。在DM3068前面板按“Math”鍵進(jìn)入設置界面，按“趨勢繪圖”直接進(jìn)入趨勢繪圖功能。按屏幕下方第一個(gè)藍色軟鍵，可以調出菜單，測量完成后按“停止”鍵即可停止繪圖，此時(shí)還彈出一個(gè)“PrtScn”菜單，從前面板USB接口處插入U盤(pán)，按下“PrtScn”菜單鍵即可直接保存繪圖，結果如圖 3所示。

圖 3 趨勢繪圖

結束語(yǔ)

比較復雜的問(wèn)題是如何實(shí)現高精度和快速的溫度測量系統，但是其實(shí)現也不是沒(méi)有可能，只要充分利用了DM3068豐富的測量功能，便捷的高精度溫度測量就能實(shí)現。此外，DM3068優(yōu)勢還有很多，其豐富的數學(xué)統計功能和通過(guò)/失敗檢測輸出功能和豐富的通信接口，就能夠讓工程師們自由的組建高精度溫度測量系統，十分便捷。