基于萬用表組建高精度溫度測量系統(tǒng)

溫度測量遍布于各種工業(yè)現(xiàn)場，可是要實現(xiàn)精確、快速的溫度測量并非易事。困難的主要原因是溫度信號本身并不像一般的物理信號那么容易直接檢測，并且通常需要以數(shù)字形式保存或記錄溫度測量數(shù)據(jù)，這些將涉及到傳感器技術(shù)、精確測量和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)。本文將利用RIGOL的臺式萬用表DM3068提供一種便捷、準確的解決方案。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度測量系統(tǒng)主要由三部分組成：溫度傳感器（用于將溫度變化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換部分（將測量的電壓/電阻值轉(zhuǎn)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(yīng)用的產(chǎn)品即可。余下的兩個部分，則可以直接由DM3068承擔(dān)。另外，再搭配一臺PC，用于記錄和分析測量結(jié)果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

選擇溫度傳感器
目前工業(yè)應(yīng)用中，常見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(nèi)置了針對這三種傳感器各個型號的測量支持，方便溫度測量。

DM3068溫度測量功能
DM3068是一款精度達到61/2的臺式萬用表，除了可進行各種電信號測量外，其內(nèi)置溫度測量功能，可以直接與多種溫度傳感器連接進行溫度測量。支持前面板操作和遠程通信方式控制并獲取測量結(jié)果。

由于DM3068前端內(nèi)置冷端參考溫度測量，因此，只需要簡單的將TC溫度傳感器直接以電壓測量方式連接DM3068，并在DM3068設(shè)置界面選擇匹配的TC傳感器類型，即可開始溫度測量。DM3068還支持2線RTD、4線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(shù)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(shù)范圍為49～2100Ω，傳感器系數(shù)α為0.00385、0.00389、0.00391、0.00392的2線或4線RTD傳感器，支持2.2kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ、30kΩ五種類型的Thermistor傳感器，并足以滿足通常的應(yīng)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候，測溫的可靠性和穩(wěn)定性可以得到充分的保障。內(nèi)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(tǒng)計和控制功能方便與其他設(shè)備組建集成溫度測試系統(tǒng)。

測量應(yīng)用舉例
應(yīng)用場景
采用RTD傳感器，型號Pt100，α參數(shù)為0.00385,利用DM3068的統(tǒng)計功能記錄當(dāng)前溫度變化情況，并保存測量數(shù)據(jù)供以后查閱。

設(shè)置方法
參考圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，連接傳感器的兩個端子到DM3068的電阻測量輸入端，然后設(shè)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，引線端可以直接連接溫度傳感器的引線，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”鍵進入傳感器配置界面，依次選擇“新建”→“溫度”→“類型”→“RTD”→“R0”,設(shè)置電阻為100Ω，選擇α參數(shù)為0.00385。設(shè)置完成后，返回上一級單擊“確定”→“應(yīng)用”按鈕,即可開始進行溫度測量。

用DM3068配套的9孔串口通信線連接電腦和DM3068。在DM3068前面板按“Utility”鍵，進入設(shè)置界面，然后依次選擇“接口”→“RS232”→“設(shè)置”→“波特率”，其中，波特率選擇9600，再通過“接口”→“RS232”→“打印”→“打開”，來打開DM3068自動通過串口以字符方式打印數(shù)據(jù)到串口的功能。在電腦的“開始→程序→附件→通信”目錄下打開“超級終端”串口通信軟件，設(shè)置波特率為9600，硬件握手無，其他參數(shù)默認即可，并通過軟件的“傳送→捕獲文字”菜單下設(shè)置數(shù)據(jù)保存的路徑和數(shù)據(jù)文件名，啟動后，超級終端將自動將屏幕顯示的數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的文件中，將來可以記事本或Excel直接打開保存的文件。

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

圖 3 趨勢繪圖

結(jié)束語
實現(xiàn)高精度和快速的溫度測量系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，但是充分利用DM3068豐富的溫度測量功能，可以實現(xiàn)便捷的高精度溫度測量。另外，DM3068還具有豐富的數(shù)學(xué)統(tǒng)計功能和通過/失敗檢測輸出功能，以及豐富的通信接口，可以隨心所欲快速組建高精度的溫度測量系統(tǒng)。