连接热电偶信号至DAQ设备

本节内容包含

事前准备

本文档主要介绍连接和配置NI DAQ设备进行热电偶测量的详细步骤。使用DAQ硬件设备前,请确保已安装应用程序开发环境和NI-DAQmx驱动程序。详细信息,请参阅安装LabVIEW和NI-DAQmx

热电偶测量基础知识

热电偶是最常用的温度测量传感器。两种不同的金属接触时,接触点可产生微小的开路电压,开路电压与温度相关,热电偶即根据该原理制成。该电压称为Seebeck电压,与温度成非线性关系。

热电偶类型

根据导体成分和精度不同,热电偶有如下类型:

热电偶类型

正极

负极

多项式系数或表格转换的温度范围(°C)

反多项式系数的温度范围(°C)

J

铜镍合金

-210至1200

-210至1200

k

镍铬合金

铝镍合金

-270至1372

-200至1372

N

镍铬硅合金

镍硅合金

-270至1300

-200至1300

R

铂-13%,铑

-50至1768

-50至1768

S

铂-10%,铑

-50至1768

-50至1768

T

铜镍合金

-270至400

-200至400

B

0至1820

250至1820

E

镍铬合金

铜镍合金

-270至1000

-200至1000

表1. 热电偶类型

冷端补偿

热电偶需要某种形式的温度参考,用于补偿多余的热电偶。热电偶与设备连接时会产生多余的热电偶。这是因为仪器接线端的材料与热电偶导线的材料不同,所以在连接端(又叫冷端)会产生电压,影响实际热电偶的电压输出。因此,可以通过一个直接读取温度的传感器(例如,热敏电阻或IC传感器)测量该参考端的温度,然后减去多余的热电偶。这个过程就叫冷端补(CJC)。在软件中配置热电偶测量时,必须指定CJC源或一个常量值(通常为25°C)。

找出DAQ设备的引脚分布

连接信号前,请先了解设备的引脚分布。

  1. 打开Measurement & Automation Explorer (MAX),展开“设备和接口”。
  2. 右键单击设备名称,选择“设备引脚”。

图1. 设备引脚帮助

下列引脚类型对应于热电偶测量:

  1. TC X (+/-) — 大多数NI热电偶设备进行差分测量的通道叫做TC+和TC-。
  2. AI X (+/-) — 部分设备上可能叫做AIx+和AIx-,其中x指通道编号。
  3. COM — 所有DI通道的公共地端子,可能与大地隔离也可能未隔离,因设备而异。

配置热电偶测量

通过NI MAX,您可快速验证测量系统的精度。使用NI-DAQmx的全局虚拟通道可在不编程的情况下配置热电偶测量任务。虚拟通道是NI-DAQmx驱动构架的一个概念,它表示包括名称、物理通道、输入端连接、信号测量或生成的类型以及换算信息在内的一组属性设置。

请按照下列步骤进行操作:

  1. 打开MAX中,右键单击“数据邻居”并选择“新建”。
  2. 选择“NI-DAQmx全局虚拟通道”,并单击“下一步”。
  3. 选择“采集信号»模拟输入»温度»热电偶”。

图2. 创建NI-DAQmx虚拟通道

  1. 选择通道ai0或其他打算连接热电偶的物理通道。物理通道指测量和产生模拟信号或数字信号的接线端或引脚。一个物理通道可能包括一个以上的接线端或引脚,例如差分热电偶输入通道就是如此。本例中,通道ai0对应于NI-9211引脚分布图上的引脚TC0+和TC0-。

图3. 设备物理通道

  1. 单击“下一步”,输入全局虚拟通道的名称或使用默认名称。
  2. 单击“完成”,在MAX中看到以下屏幕:

图4. 在MAX中设置热电偶通道

  1. 在设置选项卡中输入测量的最大温度值和最小温度值(默认值为0°C至100°C)。
  2. 选择热电偶类型、CJC源CJC值

连接热电偶至设备

接下来,请将热电偶实际连接至DAQ设备。

  1. 单击MAX中的“连线图”选项卡。

图5. 热电偶连线图

每个热电偶都有一个正极和一个负极。连线图显示了根据所选的物理通道应连接DAQ设备上的哪些端子。热电偶正极连接TC+端子,热电偶负极连接TC–端子。如不确定热电偶的正负极,请查看热电偶说明文档或热电偶绕线轴。

使用带屏蔽热电偶时,请将设备COM端子连接屏蔽层,并将屏蔽层连接热电偶的共模参考电压。共模参考电压是指热电偶共模电压±1.2 V范围内的电压。使用浮地热电偶或热电偶至地的电势差位于±1.2 V范围内的情况下,请将COM端和屏蔽层接地。用户可根据实际应用选择屏蔽层的接线方式。图6为典型的屏蔽层接线示意图。

图6. 连接屏蔽式热电偶

测试信号

NI-DAQmx全局虚拟通道可预览测量结果。

  1. 在MAX中单击“NI-DAQmx全局通道”选项卡,然后单击“运行”按钮。测得热电偶温度值将在窗口顶部显示。

图7. 在MAX中预览热电偶测量

“显示类型”下拉菜单中,您可选择通过表格或图表预览。此外,您也可保存NI-DAQmx全局虚拟通道的配置以供未来参考。

上一篇连接和设置硬件
LabVIEW入门下一篇