思迈科华公司针对电偶温度传感器温度采集的方案
热电偶简介：
热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
热电偶的技术优势：热电偶测温范围宽，性能比拟稳定；丈量精度高，热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；热响应时间快，热电偶对温度变化反响灵活；丈量范围大，热电偶从-40℃—+ 1600℃ 均可连续测温；热电偶性能牢靠，机械强度好。运用寿命长，装置便当。图1.1常用热电偶。
图1.1常用热电偶
热电偶常见种类
现在经常使用的热电偶都是标准热电偶，所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。
当工作中用到热电偶测温时，需要根据使用环境的温度范围，所需精度，使用气氛，测定对象的性能，相应时间和经济效益等综合考虑。具体型号需要和热电偶厂家沟通。
温度变送器
当使用热电偶进行温度采集时，思迈科华公司这里使用的是USB-3000系列的数据采集卡进行温度的采集（数据采集卡最通用最常见的接收信号就是电压信号）。由于热电偶测温时，其冷端温度受环境影响较大，会影响到测量的电信号，为了得到稳定的电信号，需要对热电偶进行了冷端补偿。热电偶的测温原理是基于热电效应转换，虽然它集放热，转换为一体，能直接实现温度到电压的输出，但输出幅度较小，如K型热电偶的灵敏度位0.04mv/℃，因此需要信号的放大。而温度变送器很好的能够解决上述两点问题。如图1.2温度变送器。
图1.2温度变送器
数据采集卡与温度变送器连线
这里主要说明能够输出标准电压的温度变送器与数据采集卡的连线问题。在这里采用的温度变送器有5个端子，分别是给温度变送器供电的电源正，电源负（电源地），热电偶正极，热电偶负极，还有输出端子（标准电压的输出的接口）。需要为温度传感器选择一个合适的电源（具体需要根据温度变送器的手册来选择），然后按照图1.3进行连线。下图使用的是温度变送器输出电压形式给出的接线图，可以适配通用数据采集卡。如果使用的温度变送器是输出4—20ma电流，接线就需要参考思迈科华官网知识库里采集卡采集电流数据专题，链接：http://www.smacq.cn/knowledge/typical/current.html。
图1.3 数据采集卡与温度变送器连线
这里对于数据采集卡与温度变送器连线有以下说明，通常给温度变送器供电，会忽略温度变送器供电电源是否与数据采集卡共地。如果不共地，那么温度变送器相对采集卡就是浮空源，所以需要按照图1.3来进行连线，将AI Sense与AGND进行短接。如果能够确定采集卡与温度变送器共地，就可以不必对AI Sense与AGND进行短接，电源负直接就可以与AI Sense连接就可以。关于浮空源与接地源具体接线的方法需要参考USB-3000系列手册。
数据采集卡软件操作
首先在使用温度变送器之前，需要了解所使用温度变送器的一些重要参数，要了解选用的温度变送器是否符合热电偶型号，温度变送器的电源供电电压，温度取值范围，输出电压是多少。在这里，思迈科华公司实际做测验的时候，选用的是供电电压为24V，温度取值范围是-50℃—400℃，输出电压0V—10V的温度变送器。
在外部设备接线正确的情况下，进入思迈科华公司的Smacq DAQ Software设置界面，设置软件采用的单端模式，选取的是AI 0通道进行数据采集。量程选用的是±10.24V，采样率选用的是10Sa/s/ch（在实际采集中可以依据实际情况和采集卡已有的采样率来设定），然后设定温度变送器的量程与输出电压，所以说温度变送器的一些重要参数需要根据产品手册来了解，图1.4温度变送器参数。
图1.4温度变送器参数
如果想要实现采集卡采集的电压信号转换成温度，这里勾选单位变换。如图1.5采集卡采集的电压曲线，如图1.6采集卡经过单位变换采集的温度曲线。
图 1.5电压曲线
图1.6温度曲线
这样就可以得到采集卡所采集到的电压曲线和温度曲线，然后也可以利用思迈科华提供的软件功能对采集到的数据进行导出，得到采集的电压与温度生成的Excel表格形式的数据。关于数据采集卡软件操作请参考 《Smacq DAQ Software 快速使用指南》。
远程IO模块对热电偶进行数据采集
上述方案是思迈科华公司关于数据采集卡USB-3000系列制定的热电偶温度采集，当然还有另一套热电偶对温度进行数据采集的方案，它是思迈科华公司推出的M2100系列的M2101远程IO模块.M2100系列温度采集远程IO模块是一组基于Modbus RTU标准协议的计算机接口模块。它有8种热电偶类型支持，8个热电偶采集通道，数据接口是RS-485(2线)，具体信息参考思迈科华公司官网的产品手册。由于现在的PC机已经很少有485接口，思迈科华公司提供了SDS1000串口转换器，它使用USB标准协议，可以支持RS-232和RS-485的转换。
远程IO模块M2101与热电偶的连线图
首先使用的是SDS1000串口转换器和M2101远程IO模块，还有一个供电电源设备，M2101供电电压是9V—30V，。如图1.7IO模块与热电偶连接示意图。
图1.7 IO模块与热电偶连接示意图
以上连线就是思迈科华公司对热电偶温度采集，给出的远程IO模块搭建的温度采集系统的连线示意图。（需要注意的是接线时不要将485接口线接反，而且注意热电偶分正负极。）接线正确后，就可以操作思迈科华公司提供的软件进行温度采集。
远程IO模块M2101的软件操作
首先根据远程IO模块的型号参考产品手册下载远程IO 模块对应的软件M Console，在能识别串口和通讯的基础上，要设置跟远程IO模块产品型号相关的参数，具体设置可以参考IO模块的产品手册。以下示意图是思迈科华公司在测试产品时的软件设置及热电偶温度采集的样例。
图1.8 基本参数设置
这些都是需要设置的，在设置完这些基本参数后，需要点击功能配置键Function Config 来选取采样率，以及对应的热电偶型号，点击RUN就可以进行温度采集了。就可以看到实时采集到的温度，如图1.9温度采集界面。
图1.9 温度采集界面
也可以点击主页面的数据记录表Data logger，选择要记录温度的通道进行数据采集，然后设置文件生成的地址，就可以实时显示采集到的温度的数据，而且采集的温度数据可以生成.CSV格式的表格，方便用户进行数据分析。如图2.0数据波形。
图2.0 数据波形
以上就是思迈科华公司针对热电偶温度传感器对温度采集给出的两种方案，客户可以根据自身实际情况以及实际所需功能来自行选择据采集卡或M2101远程IO模块。
有更多关于数据采集方面的问题与想法可以关注思迈科华公司官网和公众号
http://www.smacq.cn/daq.html