工業(yè)溫度采集原理及應用(一)數(shù)據(jù)采集卡的選擇
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和記錄方式
在計算機發(fā)明之前,人類通過度量衡工具及自身感官感受被測物的信息,然后用紙和筆記錄數(shù)據(jù),但隨著科學研究的不斷深入和生產(chǎn)實踐的要求,要處理的數(shù)據(jù)量變得越來越多,需要測量的信息也更精確,所以傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和記錄方式遠遠不夠。
計算機和傳感器的發(fā)明
為了解決傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和記錄方式問題,人類發(fā)明了計算機和傳感器,計算機是一種用于高速計算的電子計算機器,它能夠自動、高速處理海量的數(shù)據(jù),計算機的發(fā)明大大提升了人類的計算能力,但它只能處理0101這樣的電信號(二進制數(shù)字信號),而現(xiàn)實生活中大都是非電量的信號(像溫度、濕度、壓力、聲音、振動、速度、位移、光電這樣的物理量),如果還是用人工的方法將信息輸入到計算機中,那么效率肯定是不高的,怎么辦呢?
這就要用到傳感器了,傳感器的定義是一種檢測裝置,能夠感受被測物的信息(各種物理量),并將感受到的信息按照一定的規(guī)律變換成電信號輸出,或其他所需形式的信息輸出(像頻率、脈沖信號),按功能可分為,溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、聲音傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、位移傳感器、光電傳感器、扭矩傳感器等等,雖然非電量的信號已經(jīng)用傳感器變換為電信號了,但是這些電信號怎樣才能進入計算機中呢?
數(shù)據(jù)采集卡的應運而生
答案就是模數(shù)轉換器,他可以將傳感器產(chǎn)生的電信號(輸出電壓即模擬信號)轉換為數(shù)字信號(0101二進制數(shù)值),從而傳遞到計算機當中,但完成這樣的任務,需要對模數(shù)轉換器進行電路設計、制板、焊接、編程、調(diào)試等一系列的工作才可以,為了降低使用門檻,一種使用通用計算機接口,集成了模數(shù)轉換器和基本信號調(diào)理功能的數(shù)據(jù)采集設備應運而生,就是通常所說的數(shù)據(jù)采集卡。
數(shù)據(jù)采集卡的選擇
數(shù)據(jù)采集卡按照****與計算機接口的連接方式 ,可分為:USB接口、PCI/PCIE接口、PXI/PXIE接口,RS232/485接口、NET以太網(wǎng)接口等,這些接口類型各有優(yōu)勢:
USB接口: 適合小規(guī)模的系統(tǒng)集成和實驗室使用;
PCI/PCIE接口和PXI/PXIE接口 :適合大規(guī)模的集成應用;
NET以太網(wǎng)接口和RS232/485接口 :適合遠距離、分布式場景。
數(shù)據(jù)采集卡按照應用領域可以分為:專業(yè)數(shù)據(jù)采集卡和通用數(shù)據(jù)采集卡 ,專業(yè)數(shù)據(jù)采集卡具有針對某種特定類型傳感器的信號調(diào)整電路,使得該數(shù)據(jù)采集卡與這些傳感器的連接更加便捷,比如熱電偶專用數(shù)據(jù)采集卡,會配置有高增益的放大器和冷端補償電路,像音頻振動專業(yè)數(shù)據(jù)采集卡,會配置IEPE激勵源,但在專用數(shù)據(jù)采集卡上,想要連接其它類型的傳感器就會非常困難,所以使用更多的是通用數(shù)據(jù)采集卡,它的模擬輸入大多是電壓類型,量程為±10V或者±5V,很多通用數(shù)據(jù)采集卡會配置程控放大器,用來擴大采集卡的應用范圍。通用采集卡的應用領域就比較廣泛了,比如我們常見的溫度測量常用的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻以及IC溫度傳感器,常見壓力用的應變式壓力傳感器、壓阻傳感器等,聲音振動測量常見的壓電陶瓷傳感器、壓電陶瓷傳感器、磁電式傳感器等。這些傳感器輸出的信號可以經(jīng)過變送器輸出標準的0-5V,或者0-10V的模擬電壓信號接到采集卡采集。然后我們可以根據(jù)采集到的電壓信號,根據(jù)傳感器和變送器的系數(shù)關系,得到我們溫度,壓力,音頻振動物理量的實際信號。
工業(yè)溫度采集測量
現(xiàn)代工業(yè)中最常用的溫度傳感器有四種:
1、熱電偶,因使用的金屬材料不同,熱電偶有多種類型,使用最廣泛的是K型熱電偶。
2、RTD(電阻溫度探測器),RTD導線為純材料,通常為鉑,鎳或銅,常見的型號有Pt100、Pt500、Pt1000、Cu50、Cu100等
3、熱敏電阻,又分為負溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻、正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻。
4、基于半導體的集成電路 (IC),又分為模擬輸出溫度傳感器、數(shù)字輸出溫度傳感器。
以下四節(jié)將對工業(yè)常見的溫度傳感器進行詳細的應用講解。歡迎關注~
審核編輯 黃宇
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