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一支熱電偶能否連接多臺顯示儀表

來源:北京中瑞能儀表技術有限公司(銷售部)   2025年06月26日 07:31  
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,這是人們關心的問題。
 

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

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。

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進行比較,當達到平衡時兩種相等,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

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)的標準電勢,RN為熱電偶的等效內(nèi)阻。當EN1=EN1=Et時,回路電流I=0,當參考端為B點時,A點電位EN1=EN1=Et,可認為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。其值也有8kΩ,對于高阻輸入集成運放其值可達幾百兆歐。在實際應用中,運放是應用于閉環(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,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,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,而在對微弱信號進行測量時,要求放大器應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,操作工就會認為儀表不準確,要求儀表工進行處理和校驗,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,由于補償導線較硬,在一個端子上壓接兩根補償導線是很費力的,如果端子螺釘較細還很難壓緊,如果接觸不良又怎能保證指示準確呢?

一支熱電偶連接多臺數(shù)顯表或DCS系統(tǒng)板卡的方案

①將熱電偶信號送入溫度變送器(一入二出,導軌安裝),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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