施吉 王春意 包志為

摘 要：核反應堆研發(fā)相關熱工水力與安全實驗多采用熱電偶進行溫度測量，要獲得準確的溫度數值，還需要進行冷端補償，并通過一定的硬件將熱電偶的mV電動勢信號轉化為具體的溫度值；該研究的目的是探索采用4種溫度測量方式對標準溫度源和冰點進行測量實驗，并對測量結果進行分析比較，找到不同測量方式的優(yōu)缺點以搭配出在不同場合環(huán)境下適宜的測量方案。

關鍵詞：熱電偶測溫；冷端補償；測量

中圖分類號：TH811 文獻標志碼：A

1 4種溫度測量方法

1.1 PXIe板載電阻測量

使用PXIe-4353采集是常見的 PXIe板載電阻測量方法。簡易原理流程如下：

熱電偶→接線盒熱敏電阻冷端補償→PXIe溫度采集卡

通過查詢NI手冊可知，冷端補償誤差最大可達到0.5 ℃，綜合測量誤差在100 ℃（T型熱電偶）環(huán)境下，達到0.69 ℃；100 ℃（N型熱電偶）達到0.78 ℃。

1.2 冰點補償

使用冰點補償進行溫度采集，仍需要利用PXIe-4353的AD轉換模塊。簡易原理流程如下。

熱電偶→冰水混合物做冷端→PXIe溫度采集卡

冰點補償方式誤差集中在2個部分，冰點的誤差及AD的誤差，冰點溫度無法保證在絕對零度，實際測量溫度在0.2 ℃左右，由于PXIe-4353未給出具體的A/D誤差參數表，將A/D誤差簡單地理解為綜合誤差減去零點誤差，即綜合測量誤差在100 ℃（T型熱電偶）環(huán)境下，達到0.39 ℃；在100 ℃（N型熱電偶）達到0.48 ℃。

1.3 SCXI溫度采集卡測量

SCXI溫度采集卡測量采集方式采用PXI-6255等M系列采集卡采集，SCXI系列信號處理設備進行冷端補償、信號轉換。簡易原理流程如下：熱電偶→SCXI做冷端及信號轉換→M系列電壓采集卡冷端補償模塊SCXI-1328冷端補償精度最大0.9 ℃；信號處理模塊SCXI-1125，不考慮零點漂移（實時進行自校準），最大誤差取55.725 uV；N型、T型熱電偶均為40 uV/℃左右的誤差，引入約1.3 ℃誤差；M系列數據采集卡只用于A/D轉換，不涉及溫度變換，因此只需考慮其分辨率偏差，對比上述冷端補償精度及誤差，可忽略不計。SCXI溫度采集卡測量，將引入最大2.2 ℃誤差。

1.4 溫度變送器測量

使用溫度變送器進行冷端補償，并將mV信號轉換為標準電壓信號，使用PXI-6255等電壓采集卡進行采集。簡易原理圖如下。

熱電偶→隔離模塊轉換為1-5V→M系列電壓采集卡

選用菲尼克斯的溫度變送模塊，參考其產品手冊，隔離模塊電壓轉換有0.1 %×600 K的誤差，假定為0.6 ℃，冷端補償誤差為2 ℃；使用M系列數據采集卡（如PXI-6255）采集，采集誤差最大在1 mV左右，轉為溫度即0.125 ℃；最大誤差為2.725 ℃。綜合以上可得表1。

在考慮在最惡劣的環(huán)境下，100 ℃溫度測量時的最大誤差，實際測量精度會優(yōu)于表1。

2 實驗測試

標準溫度源：采用恒溫水槽，設定溫度60 ℃，恒溫水槽經過標定，精度為±0.01 ℃；再使用標準鉑電阻作為測量對比，精度為±0.02 ℃；冰點：使用冰水混合物，用標準鉑電阻測量零點溫度；熱電偶：使用標定過的N/T型兩類熱電偶；測量方式：采用冰點測量、PXIe4353板載熱敏電阻補償測量、SCXI板載熱敏電阻測量、溫度變送器（隔離模塊）轉換溫度測量4種測量方式進行測量。

3 實驗結果（圖1、表2）

4 結果分析

T型熱電偶測量，采用冰點補償精度最高，最接近實際溫度；

N型熱電偶測量采用冰點補償，測量誤差不如板載熱敏電阻測量；是由于N型熱電偶在低溫環(huán)境下精度較低，板載熱敏電阻的誤差與熱電偶本身誤差互相抵消一部分導致的。

隔離模塊（溫度變送器）測溫，波動較大，精度也不高。

采用SCXI或者PXIe 直接采集，誤差差距不大；在室溫控制較好的情況下，與冰點補償精度差距不大。

5 優(yōu)劣對比（見表3）

6 結語

該文針對多種溫度測量方式對標準溫度源和冰點進行測量實驗結果進行了分析，對于溫度測量要求極高的測量場合，建議采用冰點補償；對于要求精度不高，不帶電測量時，建議采用PXIe自帶熱敏電阻測量；對于要求通道間隔離的場合，建議使用SCXI設備采集；對于隔離模塊溫度采集，可用于對精度要求不高、對響應時間要求不高的場合。該文的實驗結果亦可為其他溫度測量研究提供理論分析依據。

參考文獻

[1]吳永生，方可人.熱工測量及儀表（第二版）[M].北京：中國電力出版社，1995.

[2]張紅莉.關于補償導線在溫度測量中的使用問題[J].計量與測試技術，2008（3）：19-20.