數(shù)據(jù)采集其實(shí)是測(cè)試測(cè)量里面很小的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)工程師在構(gòu)思測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)把主要的精力放在傳感器上，因?yàn)楹线m的傳感器可以幫助提高整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的精度，可靠性和安全性。而數(shù)據(jù)采集卡作為一個(gè)系統(tǒng)的小部件，可以用來(lái)輔助工程師，將傳感器的功效發(fā)揮到最大，成本降到最低。
    今天，我們就挑一個(gè)最簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)——溫度測(cè)試系統(tǒng)，來(lái)簡(jiǎn)述一下溫度傳感器的選型。這個(gè)小科普中，我會(huì)選用一塊MCC的溫度采集卡USB-TEMP作為模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備（ADC）來(lái)簡(jiǎn)述溫度測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，傳感器選型，采集卡選擇和精度提高方式。要注意的是，以下列出的數(shù)值均為經(jīng)驗(yàn)值和標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)際選型和使用時(shí)需要根據(jù)具體情況具體分析。
     溫度傳感器的選型：
     常用的溫度傳感器分為熱電偶（Thermocouple），熱敏電阻（Thermistor），熱電阻（RTD），半導(dǎo)體式溫度傳感器（Semiconductor）和溫度變送器。
     熱電偶：這種傳感器的原理是通過(guò)熱電效應(yīng)（塞貝爾效應(yīng)），用兩種金屬在不同溫度下產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)差來(lái)表示溫度變化。其特點(diǎn)就是溫度測(cè)試范圍大（-200~2000℃，甚至更寬），精度低（±1℃左右），易受外部環(huán)境影響。對(duì)于熱電偶而言，不同類(lèi)型只是選型時(shí)首先要做的，對(duì)于傳感器的尺寸，封裝（是否鎧裝），絕緣性，抗腐蝕性，屏蔽還需要根據(jù)具體情況來(lái)進(jìn)行選擇。
    這里多提一句，市面上還有一只快速響應(yīng)熱電偶，號(hào)稱(chēng)熱電偶測(cè)試的響應(yīng)速度可以達(dá)到1kHz，如果遇到這種測(cè)試，請(qǐng)?jiān)谙旅媪粞�，我們�?huì)針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)解答。

熱敏電阻：這個(gè)傳感器是我們從小接觸，也是最熟悉的一種溫度傳感器。由于溫度變化引起電阻阻值的變化。熱敏電阻的傳感器特點(diǎn)在于其溫度-電阻的線性度，與RTD的寬線性度不同，熱敏電阻的線性區(qū)間非常窄（0~100℃左右），但是在這個(gè)非常窄的線性區(qū)間內(nèi)測(cè)試精度非常準(zhǔn)（±0.05℃）。
    熱電阻：熱電阻有個(gè)更讓人熟悉的名字鉑電阻，常見(jiàn)的鉑電阻有（Pt100，Pt500，Pt1000，0℃時(shí)傳感器對(duì)應(yīng)的電阻值），和熱敏電阻一樣，其原理同樣是溫度隨阻值變化，不同的是RTD在保證了大溫度變化區(qū)間（-200~600℃）的前提下，還能保證非常好的線性度和精度（±0.2℃左右）。一般情況下熱電偶的傳感器尺寸（粗細(xì)）可以做的比RTD小很多，所以這也是為什么很多小空間的溫度測(cè)試用熱電偶的原因。
    半導(dǎo)體式溫度傳感器：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是集成電路溫度，將熱敏感電子元器件做成集成電阻，通常用來(lái)測(cè)試環(huán)境溫度，精度較高（±0.1℃）。舉一個(gè)常用的例子，熱電偶了冷端補(bǔ)償（CJC）一般通過(guò)半導(dǎo)體式溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的測(cè)量。
    溫度變送器：就是通過(guò)以上溫度傳感器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，因?yàn)闇囟茸兯推魍ǔＪ怯性雌骷�，并且�?nèi)部進(jìn)行了信號(hào)調(diào)理，通常輸出電壓精度不會(huì)很高，容易受到供電系統(tǒng)的干擾，但是方便易用。

采集卡選擇
    為了更好地發(fā)揮傳感器的特點(diǎn)（這里我們只討論熱電偶，熱敏電阻和RTD三種傳感器），我們要選擇合適的采集卡采集傳感器的輸出變量。
    討論這三種傳感器的原因是，他們使用的信號(hào)調(diào)理方式不同：
    熱電偶：冷端補(bǔ)償（CJC），熱電偶熱端（測(cè)試端）的測(cè)試準(zhǔn)確值條件是在冷端（傳感器輸出端）溫度為0℃。但通常情況下，測(cè)試環(huán)境均為室溫，所以現(xiàn)在常用的方法是通過(guò)高精度測(cè)試模塊（一般是IC芯片）測(cè)得冷端的環(huán)境溫度，再在上位機(jī)軟件通過(guò)計(jì)算進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

熱敏電阻：恒流激勵(lì)（MCC USB-TEMP采用10uA），熱敏電阻的標(biāo)準(zhǔn)從2252Ω~30000Ω不等，但阻值都不小，所以這個(gè)恒流激勵(lì)也不能太大，避免電阻自身發(fā)熱。
    RTD：恒流激勵(lì)（MCC USB-TEMP采用210uA），和熱敏電阻不同的是RTD阻值比較小，可以用較大恒流源作為激勵(lì)，更大的恒流源也意味著更小的外界干擾。
    應(yīng)對(duì)不同傳感器，我們要選擇合適的采集卡，從上面的描述可以看到，溫度傳感器均為電敏感器件，溫度的變化使傳感器產(chǎn)生很小的電壓變化，這也就意味著他們非常容易受到外部電信號(hào)的干擾，比如供電電網(wǎng)，空間電磁干擾，電網(wǎng)內(nèi)的大功率器件等。采集卡的隔離可以有效避免一部分干擾源，但是實(shí)際操作過(guò)程中可能會(huì)遇到來(lái)自四面八方的干擾，具體現(xiàn)象和解決辦法，請(qǐng)看下一章。

精度提高方式
    提高精度，意味著很多，最重要的一項(xiàng)就是避免干擾源，上一章我們說(shuō)了可以選用帶隔離的數(shù)據(jù)采集卡，阻斷信號(hào)接收端的干擾源，這一章我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)通過(guò)各種方式消除來(lái)自信號(hào)被測(cè)端和信號(hào)傳輸線上的干擾。
    方法一：絕緣
    傳感器的絕緣是經(jīng)常會(huì)被用到的一種抗干擾方式，有的測(cè)試需要測(cè)試金屬表面溫度，而有時(shí)候會(huì)是電機(jī)，電加熱爐這類(lèi)設(shè)備，被測(cè)表面會(huì)帶有靜電，通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行絕緣處理，我們可以有效消除靜電對(duì)傳感器的干擾或者對(duì)采集卡的損壞。
    還有的測(cè)試由于體積要求，不能對(duì)傳感器加裝絕緣層，這個(gè)時(shí)候可以考慮使用帶隔離的數(shù)據(jù)采集卡，MCC提供的方案是利用以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集卡（E-TC），切斷傳感器的對(duì)地回路，從而避免靜電信號(hào)的干擾。
    方法二：屏蔽
    屏蔽層可以有效阻隔空間中的電磁干擾，但是在屏蔽接地的時(shí)候要注意單邊接地。如果雙邊接地，如果兩個(gè)地之間存在電勢(shì)差，會(huì)使屏蔽層內(nèi)行程電流回路，反而對(duì)信號(hào)造成干擾。

方法三：供電端濾波
    使用有源器件，比如溫度變送器，或者采集卡有對(duì)地回路時(shí)，建議用UPS對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的供電進(jìn)行濾波和抗電涌處理。如果沒(méi)有UPS的條件，使用隔離變壓器和線性電源進(jìn)行直流電源供電，100w成本不超過(guò)500人民幣，是一個(gè)簡(jiǎn)單有效廉價(jià)的解決方案。
    方法四：接線方式
    對(duì)于電阻型溫度傳感器來(lái)說(shuō)，還可以通過(guò)接線方式來(lái)提高測(cè)試精度，采用三線制或四線制可以有效避免傳感器線租對(duì)測(cè)試造成的干擾。
    上述幾點(diǎn)基本涵蓋了搭建溫度測(cè)試系統(tǒng)時(shí)所要面臨的大多數(shù)問(wèn)題，但是實(shí)際工作中我們會(huì)碰到各式各樣的問(wèn)題，MCC的工程師們也在日常的工作中不停積累，也歡迎各位工程師給我們提出寶貴的意見(jiàn)，分享各類(lèi)案例。如果有更多的問(wèn)題或者建議，可撥打021-50509800-2663進(jìn)行反饋。