热电偶开路检测

硬件: SCXI>>Modules, SCXI>>Modules>>SCXI-1102, SCXI>>Modules>>SCXI-1100

问题: 什么是热电偶开路检测？它有什么用处呢？

解答: 断开热电偶的热端或者不连接一个热电偶信号，都会造成一个热电偶开路通道。很多用户需要知道，某个特定通道是否因为是热电偶开路情况而导致返回了无效数据。使用热电偶开路检测技术，用户就可以判定所给的热电偶是否连接上。可以使用SCXI-1303接线盒结合SCXI-1100或者SCXI-1102模块，或SCXI-1112 热电偶模块，实现该技术。

SCXI-1303有一组上拉和偏置电阻网络，它连到通道的+/- 端，当热电偶正常连接和工作时，形成电压驱动。上拉电阻被连接到CHx+和+5 V参考电压之间。偏置电阻被连接到CHx- 和地之间。这样的电阻配置造成了通道处2.5V的共模电压，然而，SCXI模块以差分方式测量热电偶，能够抵抗共模电压。所以当使用开路热电偶检测时对信号完整性没有负面影响。

当一个热电偶坏了或者断开，CHx+端被上拉到+5 V，CHx- 端被拉到低。这就会造成施加到开通道的输入信号为5V的差分电压而不是正常工作的热电偶的小电压信号（毫伏级的信号）。因为5 V的测量结果比热电偶的合理输出电压要高的多，可以使用限制和条件通过软件检测到该效应。因此，判断一个通道是不是开路，你只需要检查相应的SCXI模块通道，确保其电压范围在热电偶测量的最大输入电压的容限之内。如果测量值在容限的范围之外，那么它就是一个开路热电偶。

我们现在讨论一下，针对包括SCXI-1112热电偶输入模块在内的各种模块的热电偶开路检测问题。

SCXI-1102 模块

• 与SCXI-1303配套包装的有一个10 Ω的偏置电阻网络 （与SCXI-1100配套使用时的默认值）， 但是可用SCXI-1303 工具包中提供的10 MΩ 的电阻网络（与SCXI-1102配套使用时的推荐值）替代该电阻网络。当使用10 MΩ 的电阻网络时，你的热电偶信号可以是接地参考的或者是浮动的。开路热电偶通道将返回5V左右的电压值，而与SCXI-1102 的采样率无关。但是，你应该确保SCXI-1102和多功能输入输出 (MIO) DAQ设备的建立时间和压摆率满足要求。如果你采样太快，对于MIO来说可能没有时间来复用（切换）通道并精确获取电压测量值。此问题的解决方法是增加通道间的延迟（可以使用round robin扫描）和减小采样率。关于round robin扫描方式的更多内容可以参考下面链接。

SCXI-1100 模块

• 当使用SCXI-1100模块的时候，需要增加额外的时序以进行热电偶开路检测，从而在不干扰其他被扫描通道的情况下保证其正常工作。 SCXI-1100只有一个滤波器和放大器，用于所有通道。就像被扫描一样，这些通道复用了这个滤波器和放大器。当滤波器的截止频率设为4Hz的时候或者采用了大增益的情况下，就会限制最大扫描速率。 这两种配置或其中任何一种配置，在热电偶测量中都很常见，因为精确测量时滤波器和放大器所需要的建立时间的增加，都会限制最大采样率。针对大多数热电偶应用，NI推荐SCXI-1102而不是SCXI-1100，因为SCXI-1102的每个通道都有独立的滤波器和放大器。SCXI-1102有更高的最大采样率并且能获得更精确的热电偶测量结果。然而，如果你使用SCXI-1100来检测热电偶并尝试进行热电偶开路检测时，需要最大化通道间的延迟和最小化采样率，这是很重要的。NI推荐采用round robin扫描方式，在获取被扫描通道的采样点时，其有助于滤波器和放大器的稳定。关于round robin扫描方式的更多信息，可以参考下面的相关链接。 使用SCXI-1303默认安装的10 Ω的偏置电阻网络，如果你确保SCXI-1100的压摆率和稳定时间符合要求，你可以使用SCXI-1100 模块精确地测试通道信号。 

SCXI-1112 模块

• SCXI-1112热电偶模块自动检测热电偶开路通道，并且点亮模块前面板上的LED灯以指示其开路状态。同样，为保证精确测量，需要确保你的应用符合SCXI-1112和你的MIO DAQ设备的最大压摆率和最小稳定时间的要求。推荐采用round robin扫描方式以确保获得最精确的测量结果。关于round robin扫描方式的更多信息，可以参考下面的相关链接。

热电偶开路电路造成的误差

在进行热电偶开路检测时，SCXI模块输入端的共模电压和热电偶信号端的电流泄露会造成测量误差。

• SCXI模块输入端的共模电压
  因为有10 MΩ的上拉和偏置电阻，如果热电偶是浮地的，就会有2.5 VDC的共模电压。设定增益为100时，SCXI-1102模块的共模抑制足够强，以至于实际的热电偶偏移电压微不足道。
  
  为了消除偏移误差，需要校准你的系统。你可以移去上拉电阻，然后放弃热电偶开路检测特性。使用10 Ω的偏置电阻网络可以将共模电压几乎减小到0 VDC。 
  
• 热电偶信号端的泄露电流
  热电偶开路检测电路造成了热电偶处有一个小的泄露电流。使用10 MΩ的偏置和上拉电阻网络，泄露电流造成的误差可忽略不计。然而， 安装了10 Ω的偏置和上拉电阻网络，这个10Ω的上拉电阻连到了+5 VDC，10 Ω的偏置电阻连到了地，从而造成了大约0.25 A (5 V/20 Ω) 的泄露电流流入了热电偶中。如果这个热电偶非常长，因为端电阻的存在会在热电偶上产生自加热效应。为了消除这个误差，你可以拆去上拉电阻网络，那么也会因此失去热电偶开路检测特性，或者校正系统偏差。
  

关于如何更换电阻网络，可以参考 SCXI-1303 32通道恒温接线盒安装指导手册的Changing Resistor Networks 部分 (链接如下)。


相关链接: KnowledgeBase 1DAIG7W3: What Is the Difference Between Interval Scanning and Round Robin Scanning?
KnowledgeBase 10DGC4MZ: I am Getting Inaccurate Readings When Some Channels of the SCXI-1100 are Open Circuits
KnowledgeBase 1TGE71DM: Disconnected Signal Detection in Single-Ended Mode with DAQ Device
KnowledgeBase 2XKA1VFQ: Incorrect Thermocouple Voltage Reading with SCXI-1303
Product Reference: SCXI-1303 32-Channel Isothermal Terminal Block Installation Guide<
Product Reference: SCXI-1303 Terminal Block Calibration Procedure

附件:





报告日期: 06/06/2003
最近更新: 07/24/2009
文档编号: 2Y57ST7Y