[科普中国]-温度信号采集

信号采集数字信号的采样

数字信号的获取采用采样方式，即输入锁存器在时钟的跳变沿表示的时刻上，采集（锁存）输入的数字信号。数据采集电路由电平判别、输入锁存和采样时钟组成。一个数字信号常常是由多路构成，每路输入数据在经过电平判别电路以后，在采样时钟沿的作用下，以数据码0、1形式同时存入输入锁存器中。通过采样后获取到的数字信号，是以离散时间作为自变量还是以事件作为自自变量，要取决于采样时钟的选取。

采样后的存储数据与原来的输入信号主要有以下两点不同：
（1）幅度上的差别：由于信号的采样是对电平判别后的输出信号进行采样，因此它只反映信号的高、低两种逻辑电平，而不反映原输入信号幅度的实际大小。

（2）时间上的差别：采样后的输出波形，只能在选择的时钟作用沿上进行采样，而对两个时钟作用沿之间的波形变化不予理睬。因此，输入波形与判别电平相交的时刻并不严格等于锁存与显示信号电平跳变的时刻。1

同步采样同步采样是与被测系统的工作节拍同步地进行采样，它是利用被测系统的时钟或表征某事件出现的信号作为采样的时钟。这个从被测对象取得的时钟，对逻辑分析仪来说是外时钟。外时钟可以作是等时间间隔的，也可以是非等时间间隔的。同步采样充分体现了数据域测试的特点，即显示的数据流不是以时间为自变量，而是以事件序列为自变量，它对于分析被测系统逻辑状态特别有用。1

异步采样采样时钟如果与被测系统没有同步关系，则成为异步采样。异步采样通常是利用逻辑分析仪内部的采样时钟，等时间间隔地采集出离散的数据，显示的数据波形是以时间为自变量。如果采样的内时钟频率选择恰当，即采样时间分辨力足够高，显示器上显示的图形就能反映信号的电平随时间的变化，但是如果内时钟频率选择不当，采样后的波形就会严重失真。通常选择内时钟频率为被测信号频率的5~10倍。1

采集方法一般温度测量技术（1）常用的各种温度计；

（2）热电偶温度传感器；

（3）其他热敏元件。

温度测量有直接记录和遥测技术，有自动纸带记录和计算机存贮、读出及打印系统。2

红外信号采集技术根据红外光谱辐射原理制成的红外探测器可以很灵敏的把辐射信息转变成人可以识别的信号，由于红外辐射可以产生热效应和光电效应，因此目前的红外探测器有热敏探测器和光子探测器。

（1）红外温度检测。用红外探测器检测温度不接触物体、不影响被测的温度场、快速、灵敏、测温范围宽，已成功地用于机床主轴箱热变形诊断、金属胶接结构的热特性研究、磨削温度检测、火车车轴箱温度的不停车检测等。

（2）热像诊断信号采集。由于红外光谱人们看不到，因此采取红外成像技术变红外光谱为可见光谱，把红外辐射转换成可见光而显示出来。这种技术称为热像技术。2

CS1W-PTS02单元CS1W-PTS02，即为隔离式热电阻温度计输入单元，它能将各种温度计转换出的模拟量信号（电阻、电压信号等）在用户任意设置的量程内线性转换成数字量，并按工程单位重新标定为百分比型数据后，保存到PLC的相应存储字内。3

主要技术指标（1）温度传感器输入信号路数：4路。

（2）温度传感器类型：铂电阻Pt100或JPt100。

（3）与CPU交换数据区：若为特殊I/O单元的CIO区，则10个字/单元，存储热电阻温度计传送至CPU的数据，包括测量值、报警值（下下限、下限、上限、上上限）、偏差、偏差报警，断线报警等数据；若为特殊I/O单元的DM参数区，则100个字/单元，存储CPU传送至热电阻温度计的数据，包括传感器类型、输入信号范围、测量值标定值、测量值报警上下限、偏差报警设置，零点/量程调整值等数据。

（4）输入信号范围：设置2个输入信号的测量范围。

（5）按工业单位标定：存储于CIO区的数据必须在量程内按比例标定，设置的量程最小值及最大值分别保存为0%和100%。

（6）CIO区的数据存储：实际测量值经过①均值处理②标定③零点/量程调整④输出界限，将最终结果以4位十六进制形式保存在CIO区的相应字中。

（7）精度（25℃）：取两者中大者，内置满量程的±0.1%或0.1℃，计算公式为：精度=±0.1%×单元内置量程/用户设置的输入量程。

（8）温度系数：±0.015%℃（适合于5个内置的量程）。

（9）分辨率内置满量程的1/4096，计算公式为：分辨率=（1/4096）*单元内置量程/用户设置的输入量程。

（10）传感器接线方式：3线制。

（11）允许导线电阻：20Ω/线。

（12）功率消耗：在5VDC，120mA以下；在26VDC，90mA以下。

（13）隔离措置：在温度输入信号间及输入端子与PLC间都采用光耦合器。

（14）响应时间：0.5s。

（15）转换时间：100ms/4输入。

（16）单元的最大数量：80（供电单元允许条件下）。

（17）安装位置：CS系列CPU机架或CS系列扩展机架（不能安装在C200H扩展I/O机架或SYSMAC BUS从站机架上）。

（18）单元功能：①均值处理②测量值报警③偏差计算④偏差报警。

（19）输入断线检测：检测断线并将断线检测标志为“ON”，硬件检测时间约为1s，当测量值超限（通常指超过上限的15%或低于下限的15%）时，也会设置断线标志“ON”。3

输入量程设置（1）热电阻类型：Pt100；DM区通道设置值：0；输入测量范围：-200~850℃；

（2）热电阻类型：JPt100；DM区通道设置值：1；输入测量范围：-200~500℃.3

内置输入量程（1）内置输入范围号：0；测量温度范围：-200~850℃；量程：1050℃；

（2）内置输入范围号：1；测量温度范围：-200~438℃；量程：638℃；

（3）内置输入范围号：2；测量温度范围：-200~211℃；量程：411℃；

（4）内置输入范围号：3；测量温度范围：-100~8104℃；量程：204℃；

（5）内置输入范围号：4；测量温度范围：-51~52℃；量程：103℃。3

工作原理PTS02单元最多可以配4路Pt100或JPt100热电阻温度计接入该单元，将温度信号转换后传送至CPU，并以4为十六进制数形式保存在DM区中，单元对每一路信号可以分别设置以下主要功能处理：

（1）可变的输入信号量程设置功能；

（2）工程量标定的功能；

（3）测量值的报警功能（2或4个报警点）；

（4）测量值偏差计算及报警功能；

（5）报警滞后功能；

（6）延迟报警功能；

（7）均值处理功能；

（8）输入断线检测功能；

（9）零点/量程调整功能。3