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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 單相導(dǎo)軌開關(guān)電源

一支熱電偶能否連接多臺顯示儀表？

發(fā)布日期：2022-07-16 點擊率：70

一支熱電偶能否連接多臺顯示儀表，這個問題常有人提出，因為隨著DCS系統(tǒng)的應(yīng)用及對管理工作的要求，需要對一個信號在多處顯示也是常有的事。一支熱電偶能否連接多臺顯示儀表或DCS系統(tǒng)板卡，連接后能否保證測量精度，這是人們關(guān)心的問題。

熱電偶與顯示儀表等效電路圖

熱電偶的輸出信號是熱電勢（mV），根據(jù)電路分析原理，一個實際電源可以等效為理想電源加內(nèi)阻。
根據(jù)歐姆定律，此時顯示儀表RL兩端的電壓為：

式中Et為熱電偶熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢；RL為顯示儀表的輸入電阻；RN為熱電偶回路總電阻；I為流經(jīng)顯示儀表的電流。
由式可知。RN<RL越多，則U越接近Et儀，從而對測量結(jié)果影響越小，但實際上RN及Et是隨著溫度變化的，為了減少RN變化的影響，顯示儀表的輸入電阻越大其影響就越小。分析了熱電偶等效電路，下面來分析下一支熱電偶連接多臺顯示儀表或DCS系統(tǒng)板卡的情況。

1、一支熱電偶連接兩臺動圈儀表
結(jié)論：一支熱電偶并聯(lián)兩臺動圈儀表，兩臺動圈儀表顯示值不一致，并低于實際值。

熱電偶與兩臺動圈儀表接線圖

若一支熱電偶連兩臺動圈儀表，其等效電路中RL1和RL2是并聯(lián)的，故總電阻將減小，這樣兩臺動圈儀表的顯示值都會低于。電流I為兩臺表的電流之和。這時通過每臺儀表的電流分別為：

由于各臺動圈儀表的內(nèi)阻不可能相等，故流過各臺動圈儀表的電流也不會相等，即I1≠I2，則兩表的顯示值就會不一致。這種情況下如兩臺動圈儀表并聯(lián)使用，是不可能準(zhǔn)確顯示溫度值的。

2、一支熱電偶同時連接動圈儀表和電子電位差計
結(jié)論：一支熱電偶同時連接動圈儀表和電子電位差計，同一溫度點在電子電位差計建立平衡之前動圈儀表顯示值偏低，電子電位差計建立平衡之后，兩者顯示值相同。

從等效電路中看，RL1是動圈儀表，EN是電子電位差計，電子電位差計的工作原理是用測量橋路產(chǎn)生的可調(diào)已知電勢EN與被測未知電勢Et進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到平衡時兩種相等，Et=EN，這時電子電位差計所指示的就是所測得的熱電勢Et，且流過電子電位差計的電流I2=0。這時只有通過動圈儀表的電流I1，，即I=I1，這是兩臺表的指示值是一樣的。但這只是理想狀態(tài)，而在生產(chǎn)中，只要被測溫度變化，電子電位差計將失去平衡，這時I2≠0，I1<I，通過動圈儀表的電流將減少，其指示值將偏低。直至電子電位差計建立新的平衡，動圈儀表才能顯示準(zhǔn)確值，此時對電子電位差計的使之基本是沒有影響的。

3、一支熱電偶連接兩臺電子電位差計
結(jié)論：一支熱電偶同時連接兩臺電子電位差計，兩臺電子電位差計都能準(zhǔn)確顯示溫度值。

從等效電路中看，EN1和EN2分別是所接的電子電位差計測量橋路所產(chǎn)生的可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電勢，RN為熱電偶的等效內(nèi)阻。當(dāng)EN1=EN1=Et時，回路電流I=0，當(dāng)參考端為B點時，A點電位EN1=EN1=Et，可認(rèn)為A點的電位同時由EN1、EN2維持。EN1、EN2的大小反映了被測溫度的變化。從上可看出一支熱電偶是可以同時接多臺電子電位差計的，且各臺表都能正確顯示被測溫度。

4、一支熱電偶連接兩臺數(shù)顯表及DCS系統(tǒng)板卡
結(jié)論：一支熱電偶連接兩臺數(shù)顯表及DCS系統(tǒng)，在但多數(shù)場合是可以正常顯示溫度值的，但不推薦這樣使用。
現(xiàn)在使用的無紙記錄儀、數(shù)顯表、數(shù)據(jù)采集卡及模塊，其輸入級都是使用集成運算放大器。對于開環(huán)的集成運算放大器，其正、負(fù)端的輸入電流很小，通常小于1μA，則輸入電流近似等于零，所以集成運放的輸入電阻趨于無窮大，即r1→∞。那是否就可以認(rèn)為這時所接儀表、板卡的輸入電阻RL趨于無窮大呢？這是不可能的。上述只是一種理想化的運放模型。從集成運算放大器的兩個輸入端看進(jìn)去的動態(tài)電阻稱為差模輸入電阻RID，其大小與輸入級的電路有關(guān)。其值最低的也有8kΩ，對于高阻輸入集成運放其值可達(dá)幾百兆歐。在實際應(yīng)用中，運放是應(yīng)用于閉環(huán)狀態(tài)下的，其輸入方式有反相輸入、同相輸入、差分輸入三種形式。反相輸入放大器電路，由于有“虛地”，其輸入電阻較小；同相輸入放大器電路由于信號直接從同相端輸入，其輸入電阻為無窮大，與外接的電阻無關(guān)，這是區(qū)別于反相放大器的，它適用于輸入阻抗要求很高的場合。以上三種輸入形式中，以同相輸入的輸入電阻最大，理想情況為無窮大；反相輸入的輸入電阻最小；而差分輸入的電阻高于反相輸入而低于同相輸入。

由于熱電偶信號屬于微弱信號，而在對微弱信號進(jìn)行測量時，要求放大器應(yīng)具有較高的輸入阻抗，所以配合熱電偶測量用的集成運算放大器，幾乎全是選用高輸入阻抗的產(chǎn)品，這也為一支熱電偶接多臺提供了一定的條件。可以說在大多數(shù)場合，對于使用集成運算放大器作為輸入級的顯示儀表、數(shù)據(jù)采集板卡、模塊是可以一支熱電偶的信號供多臺儀表使用的，其分流所產(chǎn)生的影響很小。

一支熱電偶連接多臺數(shù)顯表及DCS系統(tǒng)板卡的具體問題
一支熱電偶連接多臺數(shù)顯表及DCS系統(tǒng)板卡固然可行，除了特殊應(yīng)用，不推薦用這種方法。因為這樣的做法只是節(jié)約了一支熱電偶及部分補償導(dǎo)線的投資，但其存在不利的因素：
A、熱電偶出現(xiàn)問題，則所有與其相連的儀表都將沒有信號，對于重要的測溫場合顯然是不安全的，有條件時可在同一測溫點再加裝一支熱電偶更妥。一支熱電偶連接多臺數(shù)顯表或DCS系統(tǒng)板卡時，最麻煩的是所有儀表顯示值得同步問題，從誤差理論來看，所有儀表是不可能做到誤差大小一致的，同一溫度點顯示值不一致，操作工就會認(rèn)為儀表不準(zhǔn)確，要求儀表工進(jìn)行處理和校驗，儀表工再三解釋也不一定起作用，因為操作工不一定會認(rèn)同儀表的誤差理論。所以除非工藝有強烈的使用要求，否則儀表工就不要自尋煩惱了。

B、一支熱電偶接多臺表能正常使用是好事，但有些實際問題使應(yīng)用并不樂觀，熱電偶屬于低阻抗、微弱信號的傳感器，其信號只可以傳輸數(shù)百米，配合高增益的集成運算放大器使用，最頭疼的問題是干擾，熱電偶信號往往會伴隨有共模干擾；一支熱電偶接多表等于增加了顯示儀表的輸入接線，由于引線走向的不確定性，加之線間分布電容的影響，都很容易引入各種干擾信號，再就是補償導(dǎo)線的價格也不低；一支熱電偶接兩臺儀表時總要從端子并線，由于補償導(dǎo)線較硬，在一個端子上壓接兩根補償導(dǎo)線是很費力的，如果端子螺釘較細(xì)還很難壓緊，如果接觸不良又怎能保證指示準(zhǔn)確呢？

一支熱電偶連接多臺數(shù)顯表或DCS系統(tǒng)板卡的最佳方案
①將熱電偶信號送入溫度變送器（一入二出，導(dǎo)軌安裝），然后將隔離信號分別送給數(shù)顯表和DCS系統(tǒng)。這樣可以提高系統(tǒng)抗干擾能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。
②將一體化熱電偶溫度變送器信號送入隔離配電器（一入二出，導(dǎo)軌安裝），然后將隔離信號分別送給數(shù)顯表和DCS系統(tǒng)。
③將熱電偶信號送入數(shù)顯表，再將數(shù)顯表變送輸出接入另一臺數(shù)顯表或DCS系統(tǒng)板卡。因數(shù)顯表變送輸出精度不及信號隔離器精度高，會帶來無法消除的測量誤差。
④同一個測溫點安裝兩支熱電偶，將信號分別送給兩臺數(shù)顯表或DCS系統(tǒng)。

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