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温度测量
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对温度测量感兴趣，但不确定哪些甘纳产品适合您？我们的工程师将帮助您量身定制 Q.series X DAQ 系统，以满足您特定的温度测量需求。
温度是世界上最常测量的物理参数，而Gantner Instruments 是最稳定、最准确的温度测量数据采集供应商。温度通常使用工业温度传感器测量，如温度探头（如热电偶、Pt100/Pt1000 等热电阻温度传感器）、热敏电阻（NTC）、红外温度传感器或其他特定应用传感器。
应根据以下几个关键因素谨慎选择测量方法：所需的温度范围、响应时间、精度和成本，以及环境因素，如电池测试中的高压电位或电机或变频器驱动系统产生的严重电磁干扰。这些条件都会严重影响测量的稳定性和准确性，因此正确选择传感器和DAQ 至关重要。
在工程项目中精确测量温度可能比想象的要复杂得多。许多工程师在将工业温度传感器集成到测试装置或工业系统中时，都会遇到类似的难题。在此，我们将讨论实际温度测量中最常见的一些问题，以及如何克服这些问题。我们还将重点介绍Gantner Instruments’ 工具和专业知识如何帮助您获得可靠的结果。
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利用冷端补偿 (CJC) 进行高精度热电偶测量
针对 K 型温度探头进行了优化
适用于较细的 TC 导线或嘈杂环境
RTD 温度传感器（Pt100/Pt1000）和 NTC 热敏电阻测量模块
专门用于低温低电流测量
用于扩展电阻范围的 NTC 测量模块
用于高压环境的热电偶测量模块和定制连接器，如弹簧端子、Lemo Redel、热传感器
高压 RTD 和/或 NTC 测量模块
根据需要选择合适的传感器
“我应该使用热电偶、热电阻、热敏电阻还是红外（IR）温度传感器？- 这往往是第一个问题。
选择正确的工业温度传感器对测量精度和可靠性有重大影响：
根据需要选择合适的传感器
热电偶 (TC)
因其测量范围宽（K 型为 -200 °C 至 ~1370 °C）和坚固耐用而广受欢迎。TC 精度通常为 ±1 至 ±2 °C，通常需要仔细处理冷端补偿。 是理想之选：高温环境，如发动机、熔炉或需要大量经济型传感器的应用。
电阻温度检测器（RTD - Pt100/Pt1000）
以其卓越的精度（A 级热电阻在 0 °C 时的精度为 ±0.15 °C）和中等范围（-200 °C 至 600 °C）内的稳定性而著称。虽然热电阻价格昂贵，响应速度也比热电阻慢，但它具有出色的精度和稳定的读数，是工业环境的理想之选。 理想用于：中程精确工业测量，如环境室、管道、反应器或气候控制系统。
热敏电阻（NTC）
在较窄的温度范围内（通常为 -40 °C 至 150 °C）具有高灵敏度，提供高达 ±0.1 °C 的高分辨率。经济实惠、反应灵敏，但由于是非线性的，因此需要校准或软件线性化。 理想应用：窄范围、高分辨率应用，如电子温度监测、电池组或医疗设备。
光纤温度传感器
适用于高电磁干扰 (EMI) 或高压环境。这些传感器具有电气隔离和抗电磁干扰（EMI）能力，适用于专门的高电压或对 EMI 敏感的应用。 理想的应用：变压器和电机绕组温度、MRI 机器和高射频环境。 （初始版本：请联系销售人员了解集成解决方案）
最终结果是什么？
- 热电偶：温度范围极广，经久耐用，大批量生产成本效益高。
- 热电阻：需要中等温度和高精度的工业环境。
- 热敏电阻：在狭窄的温度范围内进行精确的局部测量。
- 光纤：特殊、高压或 EMI 敏感环境（集成解决方案–请联系销售人员）。
实现准确稳定的读数
要利用工业温度传感器获得精确的温度测量结果，需要解决几个常见的难题：
校准和公差
解决方案：标准 K 型 TC（±2 °C）或 B 级 Pt100 RTD（0 °C 时为 ±0.3 °C）有明确的公差。选择更高级别的传感器（A 级，1/10 DIN）或在已知点校准传感器-仪器系统，以提高精度。
稳定性和漂移
工业温度传感器会因污染、机械应力或老化而漂移。暴露在高温下的温度传感器会降解，导致读数随时间变化。
解决方案：定期校准温度传感器并在建议的条件下操作，有助于减少漂移。
重复性和噪音
电气干扰或传感器耦合不良引起的波动会导致读数不稳定。
解决方案：确保温度探头安装正确、热接触良好（如使用热粘贴或充分浸泡），并使用具有数字滤波功能的仪器（如 Gantner DAQ 模块的 50/60Hz 抑制滤波器）来稳定测量结果。
冷端补偿 (CJC)
冷端补偿处理不当会导致重大误差 (>10 °C)。
解决方案：始终使用内置精确 CJC 的仪器（例如Gantner Instruments’ 热电偶模块）。
仪器精度
测量设备本身也会造成总体不确定性。即使是高质量的传感器，在低质量的记录仪上也会表现不佳。
解决方案：确认您的仪器规格符合您的精度要求。高精度仪器（如 Gantner 的 Q.series 模块）可最大限度地减少这一误差（分辨率低至 0.01 °C，精度通常为 ±0.1 °C 或更高）。
有效管理这些因素--传感器选择、校准、正确安装和优质仪器--对于确保准确稳定的温度测量至关重要。
管理热电偶基准结
热电偶测量的是温差，而不是绝对值，因此需要精确的冷结补偿 (CJC)。忽略适当的 CJC 会导致很大的误差（几十度）。
了解问题
热电偶测量的是温差，而不是绝对温度。仪表或模块需要知道参考结温（通常是终端温度），以计算传感端的实际温度。如果忽略了这一点，就会产生与环境变化相当的误差（可能是几十度）。
解决方案
- 内置冷端补偿： 内置冷端补偿：使用DAQ 模块，其端点集成温度传感器（热电阻或热敏电阻）。它们可根据环境温度变化自动校正热电偶电压读数。确保为热电偶类型正确设置硬件，并验证内部 CJC 的准确性。Gantner 模块包括专用的高精度 CJC 电路。
- 外部参照物：外部参照物，如冰浴或稳定室（保持在 0°C），精度很高，但增加了复杂性。它们通常用于校准实验室。内置冷结补偿通常就足够了。
- 端子稳定性：确保接线端子的温度均匀一致，防止可能导致错误的温度变化或温度梯度（由气流或热电子元件引起）。保持接线端子周围环境或外壳的稳定。
- 正确的连接器和导线：始终使用热电偶级连接器和延长线，以防止意外连接影响精度。异种金属会产生意外连接，从而影响精度。行业标准的 TC 连接器（按类型用颜色编码）可避免此类问题。
主要启示
正确管理冷端补偿对热电偶的精确测量至关重要。内置 CJC（由 Gantner 的DAQ 模块提供）可简化设置并确保可靠性–当配置正确时，热电偶读数将保持稳定和准确。
特别提示：外部冷端补偿电路板 (CJC30)
对于涉及大量通道或长热电偶电缆的安装，Gantner Instruments 提供外部 CJC30 板，支持多达 30 个 TC 通道。
RTD 接线配置 - 2 线制、3 线制、4 线制
在连接 RTD 温度传感器或热敏电阻时，您会遇到 2 线、3 线或 4 线连接的选择。这是一个常见的混淆点，但关键在于如何处理导线电阻：
双线法：最简单的方法仅使用两根导线，但测量值包括传感器和导线电阻，会产生显著误差–例如，对于 Pt100，10 米长的细导线（~1 Ω）会增加约 2.6 °C 的误差。仅适用于短距离或精度要求较低的情况；较粗的导线可减少这一误差。
三线制：在工业应用中最为常见，第三根导线通过测量和减去引线电阻来补偿引线电阻，并假设引线长度和规格相同。这大大降低了误差–从约 2.6 °C到通常小于 0.2 °C，使其成为复杂性和准确性之间的标准折衷方案。
4 线制（开尔文）：使用独立的线对进行电流供应和电压感应，完全消除了引线电阻的影响，从而提供最高的精度。建议用于精密测量、校准或很长的电缆线路。缺点是复杂性和额外的布线成本。匹配传感器和仪器，以获得最大效益。
热电偶本质上是两线制的，由于输入阻抗高，引线电阻的影响极小，因此不存在这些配置选择问题；主要的问题是噪声和结点完整性。
最佳做法：
对于 RTD，一定要选择三线制设置，以显著提高测量精度。确保按照DAQ 模块手册正确布线，并使用正确颜色编码的电缆以保持平衡电阻。您了解吗？
如果您需要可使用 RTD、NTC 和 TC 传感器进行全面温度测量的模块，以及电压、应变和振动等其他测量参数，请选择Gantner Instruments ，它提供高性能多功能 I/O 模块，可提高测试灵活性和数据集成度。
A107：4 个模拟输入通道
– 电压：±10 V、±1 V、±100 mV
– 电流高达 ±25 mA
– 电阻：400 Ω 至 4 kΩ
– 热电阻Pt100、Pt1000
– 应变计：±2.5 mV/V、±50 mV/V、±500 mV/V
– 电位计：1 kΩ 至 10 kΩ
– 采样率：每通道最高 20 kS/s
A101：2 个模拟输入通道
- 电压：±100 mV 至 ±10 V，0-60 V - 电流：4-20 mA 回路- 电阻：高达 10 kΩ- 热电阻Pt100、Pt1000- 热电偶：B、E、J、K、L、N、R、S、T、U 型- 应变计：全桥、半桥和四分之一桥配置- IEPE/ICP 传感器：用于振动和声学测量- 采样率：每通道最高 100 kS/s 处理电气噪音和干扰
“只要电机运转，我的温度读数就会波动！”这是测量热电偶等低电平信号时经常遇到的问题。下面介绍如何通过最大限度地减少电气噪声和干扰来确保读数的准确性和稳定性：
- 使用屏蔽双绞线：双绞线可消除磁场效应，从而大大减少电磁干扰（EMI）。屏蔽可进一步阻隔外部噪音。始终只将屏蔽一端接地，以避免接地回路。TC 和 RTD 传感器电缆通常是预绞式的；确保这是标准做法。
- 分离传感器和电源线：保持低电平传感器电线与电源线、电机引线和 PWM 电缆物理隔离，以防止干扰。如果交叉不可避免，则以直角交叉。可考虑将金属导管或电缆托盘作为物理屏蔽。
- 启用DAQ 过滤：激活测量硬件上的内置滤波器。低通或陷波滤波器可有效减少抖动，消除主频干扰（50/60 Hz）。甘特纳模块提供可选择的数字滤波，以消除典型的电气噪声，提供稳定、清晰的读数。对于变化缓慢的过程，软件平均可进一步平滑测量。
- 检查接地策略：接地环路会造成微妙但严重的误差。使用隔离的差分输入（如 GantnerDAQ 模块提供的输入）可防止接地电流干扰信号。如果接地问题仍然存在，可考虑使用未接地的热电偶，或仅在DAQ 一端仔细接地。
- 正确的热电偶操作：热电偶信号极小（在微伏范围内），因此清洁、安全的连接至关重要。松动或肮脏的连接会将射频噪声转化为可测量的偏移。许多DAQ 模块包括内置 RC 滤波器；如果使用通用DAQ 设备，可考虑添加小型外部 RC 滤波器（例如，在输入端跨接一个 0.1 µF 的电容器），以抑制高频尖峰。
- 确定并减少特定的 EMI 源：常见的干扰源包括变频驱动器、焊接设备和无线电发射机。通过在设备开启和关闭的情况下测试传感器性能来确定这些干扰源。如果 EMI 持续存在，可能需要额外的屏蔽、重新布线或滤波器。
- 考虑采用分布式DAQ 架构：如果尽管采取了这些措施，噪声仍然存在，则应考虑在靠近信号源的地方对信号进行数字化处理，从而缩短传感器电缆的长度。Gantner 的分布式DAQ 模块允许在传感器上直接进行数字化，从而大大降低了易受噪声影响的程度，并确保通过现场总线系统进行稳定的信号传输。
- 使用频率分析进行诊断：如果问题仍然存在，则执行 FFT 分析以确定特定的干扰频率。许多 Gantner 系统可与分析软件无缝集成，实现精确识别和有针对性的滤波调整。
遵循这些最佳实践可确保可靠、稳定的温度测量，而不会受到经常影响精度的干扰。
安全测量高压系统的温度
在高压环境中使用工业温度传感器精确测量温度需要：
使用隔离测量模块
选择具有高电隔离度（高达 1500 VDC）的DAQ 模块。
确保正确的传感器绝缘和布线
使用专为您的电压而设计的传感器。
避免在高压点上使用接地传感器
选择不接地的传感器，以防止接地回路。
验证高共模范围能力
确保DAQ 系统能处理高压测量。
以专家解决方案优先考虑安全问题
遵循专家解决方案和安全协议。在高压装置中安装和操作传感器时，务必遵守正确的安全规程，包括锁定/挂牌程序。
为什么选择甘纳进行温度测量？
Gantner Instruments 拥有 40 多年的丰富经验，可提供精确、稳定、可靠的温度测量解决方案，深受全球领先企业的信赖。我们的多功能数据采集 (DAQ) 硬件专为具有挑战性的温度测量方案而设计，涵盖精密热电偶、RTD测量，以及适用于高压和低温环境专用解决方案。
Gantner Instruments 使您能够获得精确的温度测量结果，克服技术挑战，并超越您的测试和监测要求：
高精度热电偶测量
A104 有 8 个输入端子，可用于所有类型的热电偶，还有一个外部冷端补偿端子。50/60 Hz 主抑制滤波器和热电偶烧毁（断线）检测是其标准功能。自动线性化校正功能可根据测量范围调整插值点的最佳位置，确保同类产品中最高达 +/-0.8 K 的精度。
标准微型 TC 连接器
无论您使用的是 K 型、T 型、J 型、C 型还是其他带有微型连接器的标准热电偶，如 A104 TCK、TCT 等，这款产品都是您的正确选择。它具有 A104 的所有功能，但连接热电偶更加方便。此外，还提供适用于所有类型热电偶的 TCx 版本，具有充分的灵活性。
薄 TC 线或嘈杂环境
A104+ 应用于线极细的高阻热电偶。A104+ 的烧损和断线检测功能经过优化，可最大限度地降低对精度的影响。
通过为每个通道配备抗混叠滤波器的特殊分离式输入级实现的高 CMRR 使 A104+ 成为电力电子设备（如逆变器）或嘈杂环境中测量的理想之选。
热电阻（Pt100/Pt1000）测量
A105 是一款多功能模块，有 4 个通道，用于 Pt100 和Pt1000（热电阻）传感器。它支持 2-3-4 线连接，测量误差最大可达 0.05K，温漂最小，精度最高。
低温温度传感器
A105 的 CR 版用于电阻高达 20 kOhm 的低温温度传感器。超低的激励电流最大限度地降低了传感器的自热，确保在超低温条件下进行尽可能高精度的测量。通过使用传感器数据文件中的 32 个节点和存档，或导入制造商的校准数据，可实现传感器特定的线性化，从而使设置尽可能简单。
NTC 传感器
A105 10k 是适用于所有类型 NTC 的变体。测量范围高达 100 kOhm，分辨率为 0.01 Ohm，测量温度可低至 -50 °C。
高压热电偶测量
对于在高压电位下工作的热电偶，如电池、燃料电池、电机或逆变器中的热电偶，A124 可提供高达 1200 VDC 的 4 通道电隔离。它配有不同类型的连接器，适用于所有热电偶类型。A124 plus 版的隔离电压为 1500 VDC，可使用 K 型热电偶以及最新的电池组进行测量。
在高压环境下使用 RTD 或 NTC
使用 A121，可在高达 1200 VDC 的电压环境下使用 Pt100/Pt1000 (RTD) 或 NTC 传感器进行测量。该模块提供两个通道，每个通道的速度为 100 kS/s。
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卓越的准确性和可靠性：每个输入以每秒高达 6,400 个采样点的采样率实现详细可靠的温度测量，具有真正的 24 位分辨率。
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兼容多种传感器：无缝连接热电偶（内置 CJC）、热电阻（Pt100/Pt1000）、热敏电阻（NTC）和光纤传感器，为各种应用提供准确的温度数据。
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在苛刻环境中发挥强大性能：我们的模块具有出色的稳定性和抗噪能力，是精确状态监测、电磁干扰或高压环境测试以及低温研究的理想之选。
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灵活的系统集成：在可扩展的配置中无缝结合有线和无线传感器，可根据项目的发展进行轻松扩展和调整。
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先进的软件和数据分析：GI.bench 和 GI.cloud 等直观的平台可简化传感器同步、配置、数据可视化和强大的数据存档，为分布式分析和人工智能驱动的洞察力无缝准备数据。
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综合应用Support ：专家工程师提供免费的详细支持，以优化您的测量设置，确保您有效克服任何技术挑战。
Gantner Instruments 使您能够获得精确的温度测量结果，克服技术挑战，并超越您的测试和监测要求：
- A104：高精度热电偶测量
- A104 TCK – 标准微型热电偶测量连接器，适用于 K 型温度探头。
- A104+ – 增强型 EMC 保护热电偶测量 适用于较细的 TC 导线或嘈杂环境
- A105：多功能 RTD（Pt100/Pt1000）和 NTC 测量模块
- A105 CR：用于低温测量的专用低电流模块
- A105 10k：专用 NTC 测量模块，用于扩展电阻范围
- A124：用于高压环境的热电偶测量模块
- A121：高压 RTD 和 NTC 测量模块
典型应用包括：
Mobility（电动汽车电池测试）、航空航天（发动机和结构测试）、能源系统（燃料电池、可再生能源）和土木工程（基础设施监测）。
了解Gantner Instruments 如何为您量身定制稳健灵活的温度测量解决方案，以满足您的特定需求。
来自我们客户的好评回复
我们找到了适合我们需求的灵活模块化解决方案
你们的模块非常出色，比我们以前使用的模块更好。而且我们可以很容易地与 EtherCAT 集成。
多年来，我们一直在使用一台 1500 通道的 A105 CR（用于 5 K 至 300 K 的温度范围），激励功率仅为 50 nW，且未出现任何故障。
对于我们未来的测试设施，我们需要温度分辨率为 0.02 K 的 Pt100 传感器。我们知道，只有Gantner Instruments 才能可靠地提供这种传感器。
其出色的温度稳定性给我们留下了深刻印象，在 90 K 的交变温度下，温度稳定性小于 0.05 K：范围：-25°C 至 +65°C，持续 40 小时；测量偏差：0.044 K
应用案例
Gantner 的尖端DAQ 技术在全球范围内得到广泛应用，在移动、航空航天、土木工程和能源等领域广受信赖。请从以下行业示例中选择市场上用途最广泛的数据采集。
常见问题
这些是有关温度测量解决方案的常见问题：
热电偶会产生一个与其测量（”热”）结和参考（”冷”）结之间的温差成比例的小电压（这就是塞贝克效应）。计算或转换该电压需要几个步骤：
- 确定热电偶类型并获取参考数据：每种热电偶类型（K、J、T、E 等）都有特性良好的电压-温度响应（通常由 NIST 表格或多项式方程提供）。您需要热电偶类型的数据或公式才能将电压与温度联系起来。
- 测量冷端（参考）温度：除非参考端正好为 0 °C（冰点），否则必须对参考端不在 0 °C 的情况进行补偿。现代仪器内置冷端传感器，用于测量终端温度。
- 找出参考结等效电压：使用热电偶的表格，找出该类型热电偶在参考结温度下产生的电压。例如，如果使用的是 K 型热电偶，参考温度为 25 °C，则表格中可能显示其对应的电压约为 1.00 mV。这通常称为 V<sub>ref</sub> 。
- 测量热电偶的输出电压（相对于参考电压）：将其称为 V<sub>D</sub> 。这是热电偶线的原始读数。
- 将电压相加（冷结补偿）：基准温度为 0 °C 时的有效热电偶电压为 V<字幕>t</sub> = V<字幕>D</sub> + V<字幕>档号</sub>. 换句话说，通过加上基准结的等效电压，我们可以将基准 “移动 “到 0 °C。
- 将总电压转换为温度：现在使用类型的标准曲线，找出电压 V<sub>t</sub> 对应的温度。这就是热结处的测量温度。
例如，假设您有一个 K 型热电偶：参考结的温度为 22 °C（对于 K 型热电偶，从表中可以看出 ~0.87 mV），热电偶的测量电压为 3.41 mV。两者相加得出 V<sub>t</sub> = 3.41 + 0.87 = 4.28 mV。在 K 型表中查找 4.28 mV（或使用多项式），您会发现它对应于约 100 °C。这意味着热结温度约为 100 °C。许多 DAQ 设备在内部完成了所有这些工作：冷端传感器读数用于自动应用补偿并将热电偶电压转换为温度读数。如果手动操作，请使用官方热电偶表以确保准确性，尤其是在电压-温度关系为非线性的较高温度下。
热电偶类型（J、K、T、E、N 等）有几种识别方法，最常见的是通过导线或接头的颜色编码以及导线的磁性/物理特性来识别：
ANSI 颜色编码（北美）：在 ANSI/ASTM 标准中，红色是所有热电偶类型的负极导线。每种类型的正极导线都有不同的颜色：
- K 型：正极导线为黄色，负极导线为红色（K 型 = 铬合金/铝合金；铝合金负极具有磁性。）
- J 型：正极导线为白色，负极导线为红色（J = 铁/康铜；铁的正极具有磁性。）
- T 型：正极线为蓝色，负极线为红色。
- E 型：正极线为紫色（有时为紫色），负极线为红色。
- N 型：正极线为橙色，负极线为红色。
- (S/R 型：通常整体为黑色或绿色，导线颜色因制造商而异；B 型：在 ANSI 中通常整体为灰色）。
例如，一根黄色和一根红色导线的热电偶为 K 型，而一根蓝色和红色导线的热电偶为 T 型。
IEC 颜色代码（欧洲）：使用不同的颜色（例如，在 IEC 中 K 型正极为绿色，T 型正极为棕色等，负极在许多情况下为白色）。因此要注意使用的标准；通常整个电缆护套也有颜色（IEC K 型护套为绿色，J 型为黑色，T 型为棕色等）。
检查标记：有些热电偶接头或电缆上压印或印有类型字母。例如，微型热电偶连接器通常以颜色编码（黄色连接器表示 K 型等），塑料上可能有字母。
材料/磁性测试：J 型的铁线有磁性；K 型的镍铬/镍铝线有部分磁性（铝线有磁性，铬线无磁性）。T 型的铜线显然是铜色的，没有磁性，等等。这有时可以帮助区分（例如，如果一根导线有磁性，一根没有磁性，这可能表明是 K 型）。不过，使用颜色代码更简单、更可靠。
假设热电偶线失去了绝缘或没有明显的颜色。在这种情况下，您可以进行校准测试：将这对热电偶连接到温度计读数器，查看在已知温度下产生的电压，然后与标准表进行比较。电压响应（塞贝克系数）因类型而异（例如，K 型在室温下 ~41 µV/°C，T 型 ~42 µV/°C，J 型在 0-100 °C 时 ~52 µV/°C）。这需要灵敏的设备，但可以通过电压曲线识别类型。
总之，最简单的方法是根据标准进行绝缘颜色编码 – 例如，在 ANSI 系统中，黄色/红色的热电偶是 K 型，白色/红色的是 J 型，蓝色/红色的是 T 型，紫色/红色的是 E 型，橙色/红色的是 N 型。请务必确保您知道使用的是哪种标准，在更换或延长热电偶时，请准确匹配类型（必须使用相同类型的热电偶级延长线，以确保准确性）。
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