一款基于万用表组建的高精度温度测量设计方案

虽说温度测量在各种工业现场分布十分广泛，但是能实现精确和快速的温度测量十分困难。其实现之难点有：温度信号本身并不像一般的物理信号那么容易直接检测，而且温度测量数据都是要通过数字形式保存或记录的，这样又涉及到了传感器技术、精确测量和数据处理等技术，使得温度测量难度加大。本文通过介绍利用RIGOL的台式万用表DM3068为工程师们提供了一种便捷、精确的解决方案。

系统结构

温度测量系统主要由三部分组成：温度传感器(用于将温度变化转换为电压/电阻的变化)、测量部分(测量电压/电阻信号)、计算和转换部分(将测量的电压/电阻值转换为温度值)。其中，温度传感器已经形成工业标准化的产品，只需要选择适合应用的产品即可。余下的两个部分，则可以直接由DM3068承担。另外，再搭配一台PC，用于记录和分析测量结果。系统结构示意图如图 1所示。

图1 系统结构示意图

选择温度传感器

目前工业应用中，常见的温度传感器有热电偶(TC)、热电阻(RTD)和热敏电阻(Thermistor)三种。DM3068直接内置了针对这三种传感器各个型号的测量支持，方便温度测量。

DM3068温度测量功能

DM3068是一款精度达到61/2的台式万用表，除了可进行各种电信号测量外，其内置温度测量功能，可以直接与多种温度传感器连接进行温度测量。支持前面板操作和远程通信方式控制并获取测量结果。

由于DM3068前端内置冷端参考温度测量，因此，只需要简单的将TC温度传感器直接以电压测量方式连接DM3068，并在DM3068设置界面选择匹配的TC传感器类型，即可开始温度测量。DM3068还支持2线RTD、4线RTD温度传感器和Thermistor温度传感器，也只需选择与传感器匹配的参数即可直接测量温度。

DM3068直接支持B型、E型、J型、K型、N型、R型、S型、T型的TC传感器，支持R0参数范围为49～2100Ω，传感器系数α为0.00385、0.00389、0.00391、0.00392的2线或4线RTD传感器，支持2.2kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ、30kΩ五种类型的Thermistor传感器，并足以满足通常的应用。

由于DM3068本身能够提供高精度的电压、电阻测量，最小可分辨精度可达0.1μV电压或0.1mΩ电阻。因此在温度测量的时候，测温的可靠性和稳定性可以得到充分的保障。内部计算方式采用符合国际温度标准ITS-90的计算方法，温度计算精度可达0.001℃。另外还具有多种统计和控制功能方便与其他设备组建集成温度测试系统。

测量应用举例

应用场景

采用RTD传感器，型号Pt100，α参数为0.00385,利用DM3068的统计功能记录当前温度变化情况，并保存测量数据供以后查阅。

设置方法

参考图1系统结构，连接传感器的两个端子到DM3068的电阻测量输入端，然后设置DM3068的温度测量功能。为了保证被测信号连接可靠，使用如图 2(a)所示的橡胶头连接器，引线端可以直接连接温度传感器的引线，金属头可以直接接入DM3068的电压测量输入表笔插孔。连接后的效果如图 2(b)所示。

(a)连接用橡胶头 (b)连接后的效果

图2 DM3068与传感器的连接

在DM3068前面板，按“Sensor”键进入传感器配置界面，依次选择“新建”→“温度”→“类型”→“RTD”→“R0”,设置电阻为100Ω，选择α参数为0.00385。设置完成后，返回上一级单击“确定”→“应用”按钮,即可开始进行温度测量。

用DM3068配套的9孔串口通信线连接电脑和DM3068。在DM3068前面板按“Utility”键，进入设置界面，然后依次选择“接口”→“RS232”→“设置”→“波特率”，其中，波特率选择9600，再通过“接口”→“RS232”→“打印”→“打开”，来打开DM3068自动通过串口以字符方式打印数据到串口的功能。在电脑的“开始→程序→附件→通信”目录下打开“超级终端”串口通信软件，设置波特率为9600，硬件握手无，其他参数默认即可，并通过软件的“传送→捕获文字”菜单下设置数据保存的路径和数据文件名，启动后，超级终端将自动将屏幕显示的数据保存在相应的文件中，将来可以记事本或Excel直接打开保存的文件。

同时，还可以打开DM3068的趋势绘图功能，测量结束后还可以直接保存绘图结果到U盘。在DM3068前面板按“Math”键进入设置界面，按“趋势绘图”直接进入趋势绘图功能。按屏幕下方第一个蓝色软键，可以调出菜单，测量完成后按“停止”键即可停止绘图，此时还弹出一个“PrtScn”菜单，从前面板USB接口处插入U盘，按下“PrtScn”菜单键即可直接保存绘图，结果如图 3所示。

图 3 趋势绘图

结束语

比较复杂的问题是如何实现高精度和快速的温度测量系统，但是其实现也不是没有可能，只要充分利用了DM3068丰富的测量功能，便捷的高精度温度测量就能实现。此外，DM3068优势还有很多，其丰富的数学统计功能和通过/失败检测输出功能和丰富的通信接口，就能够让工程师们自由的组建高精度温度测量系统，十分便捷。