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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

一支熱電偶能否連接多臺顯示儀表？

發布日期：2022-07-16 點擊率：69

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），根據電路分析原理，一個實際電源可以等效為理想電源加內阻。
根據歐姆定律，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系統板卡的情況。

1、一支熱電偶連接兩臺動圈儀表
結論：一支熱電偶并聯兩臺動圈儀表，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生的可調已知電勢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，而在生產中，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生的可調的標準電勢，RN為熱電偶的等效內阻。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顯表及DCS系統板卡
結論：一支熱電偶連接兩臺數顯表及DCS系統，在但多數場合是可以正常顯示溫度值的，但不推薦這樣使用。
現在使用的無紙記錄儀、數顯表、數據采集卡及模塊，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。其值最低的也有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，運放是應用于閉環狀態下的，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。可以說在大多數場合，對于使用集成運算放大器作為輸入級的顯示儀表、數據采集板卡、模塊是可以一支熱電偶的信號供多臺儀表使用的，其分流所產生的影響很小。

一支熱電偶連接多臺數顯表及DCS系統板卡的具體問題
一支熱電偶連接多臺數顯表及DCS系統板卡固然可行，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顯表或DCS系統板卡時，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顯表或DCS系統板卡的最佳方案
①將熱電偶信號送入溫度變送器（一入二出，導軌安裝），然后將隔離信號分別送給數顯表和DCS系統。這樣可以提高系統抗干擾能力，保證系統穩定性和可靠性。
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顯表和DCS系統。
③將熱電偶信號送入數顯表，再將數顯表變送輸出接入另一臺數顯表或DCS系統板卡。因數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顯表或DCS系統。

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