溫度測(cè)量中的信號(hào)調(diào)理和傳輸
溫度測(cè)量傳感器產(chǎn)生的輸出信號(hào)需要經(jīng)過(guò)調(diào)理，才能轉(zhuǎn)換成可用于進(jìn)一步處理的形式。雖然調(diào)理對(duì)測(cè)量精度至關(guān)重要，但精度還取決于傳感器結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳輸?shù)纫蛩?。傳感器件金屬中的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致溫度梯度，從而引入誤差，傳輸距離也會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。此外，測(cè)量傳感器的屬性以及用于傳輸?shù)姆椒〞?huì)對(duì)信號(hào)的特性產(chǎn)生影響。
溫度測(cè)量中的信號(hào)調(diào)理和傳輸
溫度傳感器器件的非線性
大多數(shù)溫度傳感器件都表現(xiàn)出一定程度的非線性。每種器件都有不同的工作模式和獨(dú)特的信號(hào)調(diào)理要求。熱電偶的工作原理是塞貝克效應(yīng)，當(dāng)兩種不同的金屬一端連接在一起，另一端保持開路時(shí)，就會(huì)在開路上產(chǎn)生電壓。電壓是金屬結(jié)點(diǎn)和金屬上測(cè)量點(diǎn)之間溫差的直接函數(shù)。塞貝克電壓取決于熱電偶的組成。輸出與溫度測(cè)量呈非線性關(guān)系，每種熱電偶都有其獨(dú)特的非線性。此外，校準(zhǔn)曲線表明熱電偶的非線性會(huì)導(dǎo)致更寬溫度范圍內(nèi)的誤差增加。
RTD由銅或鉑等金屬制成，其電阻隨著溫度的升高而增加。它們可以是線繞的或薄膜的。線繞RTD由纏繞在圓柱形陶瓷或玻璃絕緣體上的導(dǎo)線組成。薄膜傳感器有一層涂在陶瓷絕緣體上的材料薄膜，該薄膜經(jīng)過(guò)微調(diào)，直到電阻值達(dá)到最佳值。RTD的電阻-溫度曲線是非線性的。在測(cè)量范圍較窄的情況下，非線性可能被忽略。在0至1000°C的范圍內(nèi)，RTD的精度為0.5至1°C。
熱敏電阻由金屬氧化物制成，可能具有負(fù)溫度系數(shù)或正溫度系數(shù)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻隨著溫度的升高而非線性降低，而正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻隨著溫度的升高而線性增加。熱敏電阻對(duì)溫度變化的靈敏度和信號(hào)響應(yīng)比熱電偶或RTD高得多，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度。然而，熱敏電阻的工作溫度范圍要窄得多。
紅外溫度傳感器通過(guò)將物體發(fā)出的紅外輻射量聚焦到傳感器上來(lái)測(cè)量溫度，傳感器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。一個(gè)物體發(fā)出的紅外能量與它的溫度成正比。由于傳感器不與被測(cè)過(guò)程接觸，因此紅外傳感器適用于其他類型傳感器無(wú)法工作的極高溫度應(yīng)用，或移動(dòng)過(guò)程，如在傳送帶上烹飪食物。
USB紅外溫度傳感器
模擬傳輸使用隨振幅變化的連續(xù)信號(hào)來(lái)傳遞信息。它最常用于標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程信號(hào)，如4至20 mA、0至10V和0至1V。4至20 mA范圍是最常用的，因?yàn)樗梢詡鬏斪钸h(yuǎn)的距離而不會(huì)退化，并且相對(duì)不受外部噪聲信號(hào)的影響。它經(jīng)常被用作溫度傳感器輸出的過(guò)程變量。一旦變送器接收到傳感器的本地輸出，它就會(huì)根據(jù)特定類型傳感器的校準(zhǔn)曲線對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性化。然后，它將線性化電壓轉(zhuǎn)換為4至20 mA的電流信號(hào)。該信號(hào)然后可以由記錄設(shè)備或控制器進(jìn)一步處理。熱電偶和RTD產(chǎn)生易受干擾的低毫伏信號(hào)。4至20 mA信號(hào)更加穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)距離傳輸，不受噪聲干擾。此外，使用4 mA變量作為最低值，便于區(qū)分變送器故障和合法信號(hào)。
以太網(wǎng)是另一種形式的差分高速串行傳輸，支持高達(dá)1gb/秒的傳輸。它通常需要一個(gè)專用控制器，廣泛用于工業(yè)、商業(yè)和家庭應(yīng)用，是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)。使用不同的編碼方案來(lái)允許實(shí)際測(cè)量信息在機(jī)器之間傳輸，或者在某些情況下使用互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在全球范圍內(nèi)傳輸。TCP/IP是以太網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛使用的一種協(xié)議，它提供兩個(gè)設(shè)備之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸，并且以太網(wǎng)連接支持多種加密機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)安全。
結(jié)論
非線性溫度檢測(cè)器件要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性化和誤差補(bǔ)償。此外，熱電偶和RTD的低毫伏輸出必須通過(guò)放大來(lái)補(bǔ)償。信號(hào)的準(zhǔn)確性也取決于傳輸。將傳感器輸出轉(zhuǎn)換為4至20 mA的過(guò)程輸出可提供更穩(wěn)定的信號(hào)，能夠長(zhǎng)距離傳輸，幾乎不受干擾。數(shù)字和以太網(wǎng)傳輸提供了更長(zhǎng)距離和更高速率的信號(hào)傳
