毕业设计（论文）-2700用于人体皮肤温度的测量.doc

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1、毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 题题 目目: 2700 用于人体皮肤温度的测量 专专 业业: 精密仪器制造与维修 班班 级级: 学学 号号: 姓姓 名名: 指导老师指导老师: I 摘摘 要要 皮肤温度是一个敏感的指标，与人的温热感觉、脉搏变化基本上是相平行的，因此 是评价小气候对人体影响的常用生理指标。由于在同一环境中机体各部位的皮肤温度 可能相差很大，如何准确、有效地测量其温度就极为重要。本文介绍了采用美国 Keithley 仪器公司的 2700 数字多用表对人体皮肤温度进行准确有效地测量的方案。测 温的关键是：安装配置 7700 多路开关模块，多通道测量人体不同部位的皮肤温度；选 择合

2、适的传感器进行合理的连接，以达到所要求的精度；安装使用 Integra UP Running 软件，测量并记录所测数据。 关键字： 皮肤温度 2700 7700 多路开关模块 传感器 Integra UP Running 软件 II Abstract Skin temperature is a sensitive indicator, the warm feeling the pulse of change is basically parallel, it is to evaluate climate on human physiological effects of commonly us

3、ed indicators. As in the same environment of the body parts of the skin temperature can vary enormously, how accurate, effective measurement of the temperature becomes very important. This paper describes the equipment used by the U.S. Keithleys 2700 digital multimeter to human skin temperature accu

4、rate measurement of the effective program. Temperature is the key : the installation of more than 7,700 road configuration switch modules, multi-channel measurement of the human body in different parts of the skin temperature; choose a suitable sensor reasonable link to reach the required precision;

5、 Integra installation UP & Running software, measuring and recording the measured data. Keywords:Keywords: Skin temperature 2700 7700 Multi-sensor switch module Integra UP & Running Software III 目 录 摘 要I ABSTRACTII 目 录 .III 第 1 章 绪 论 .1 1.1 人体皮肤温度.1 1.2 测量体温的方法2 1.2.1 传统测温.2 1.2.2 红外测温法 3 第 2 章 KEIT

6、HLEY 2700 的特性及扫描原理5 2.1 特性 5 2.2 扫描.6 2.2.1 扫描原理 6 2.2.2 通道分配 7 2.2.3 扫描过程 7 2.2.4 触发方式 7 2.2.5 扫描配置 10 第 3 章 2700 测皮温系统组成及原理 12 3.1 系统组成.12 3.2 测温原理.13 3.3 2700 测皮温的优点14 第 4 章 传感器的选择 .15 4.1 传感器的概念 15 4.2 热电偶的类型 16 第 5 章 系统测温过程 .17 5.1 安装 7700 模块.17 5.1.1 简述 17 5.1.2 原理图 17 5.1.3 连接和安装 19 5.2 热电偶的连

7、接 20 5.3 在计算机上安装 INTEGRA UP RUNNING 软件21 5.4 具体操作.21 5.4.1 上电开机过程 22 5.4.2 设置量程 22 5.4.3 设定位数 22 5.4.4 设置速度和带宽 23 IV 5.4.5 设置滤波器 23 5.4.6 通道信号的测试 26 5.4.7 Integra UP Running 软件的设置.27 5.4.7 扫描及读数 30 5.4.8数据存盘.31 6 测温过程应注意的几个问题 .32 6.1 预热.32 6.2 自动校零.32 6.3 LSYNC（与电源周期的同步）.32 结 论 .34 致 谢 .35 参 考 文 献 .

8、36 1 第 1 章 绪 论 1.11.1 人体皮肤温度人体皮肤温度 研究表明，人体不同部位的温度是不同的。代表人体真实温度的是心脏和脑部的 血液温度，叫基础温度或核心温度（core temperature） ，记作 tc。这个温度无法临床测 量。 最接近基础温度的是人体内的肺动脉、膀胱内、食道内和鼓膜处的温度，可近似 认为与基础温度相等，这叫局域温度。除了鼓膜外，在日常测量中也是很难测量的。 在日常体温测量中，是测量人体口腔（即舌下） 、直肠（肛门内）或腋下的温度， 分别记作 to、tr 和 ta。这些部位的温度容易测量，也相当稳定。但这些局部的温度都 互不相同，而且与基础温度有较大的差别，

9、不代表人体的真实温度。不同的人这些温 度与基础温度的差别也是不同的。文献报道，口腔温度 to 平均比肺动脉温度低 0.4， 腋下温度 ta 平均比肺动脉温度低 0.7。传统上人们习惯把口腔温度 to 作为体温的代 表，或称为体温的参照温度，以 to=37.0作为发烧与否的参照标准。 图 1.1 人体不同部位温度 当然也可以测量皮肤表面的温度（如额头温度）来作为体温参照温度，记作 ts。 2 但 ts 是不稳定、不确定的一个值，很难准确测量。不论我们测量哪一个部位的温度 （to、ta、tr 或 ts） ，他们与核心温度 tc 都有差别，这个温度差别是由人体生理因素形 成的,叫做生理差别。 人体的

10、温度分为体表温度和深部温度。人体的皮肤温度属于体表温度，它散热较 多较快，容易随着环境温度的变化而发生变化，很不稳定。通常将机体深部的平均温 度称为体温（body temperature） 。正常情况下，人体通过体温调节系统，使体温保持相 对稳定。体温的相对稳定是维持内环境稳态的重要因素之一。 体表的最外层，即皮肤表面，其温度称为皮肤温，记作 ts。皮肤内含有丰富的血 管，凡能影响皮肤血管舒缩的因素都能改变皮肤的温度。在寒冷的环境中，随着气温 的下降，四肢末梢（手和足）的皮肤温度显著降低，而头部皮肤温的变动相对比较少。 在通常情况下，当气温降低时，人体皮下毛细血管使通过的血流量减少，皮肤温度下

11、 降，散热量减少。当气温升高时，皮下毛细血管扩张，皮肤温度升高，散热量增加。 当气温为 18、20C 时，皮肤温度基本上没有变化，表明在此温度范围内，机体和外界 环境维持着良好的热平衡。 一些研究资料表明，当室温在 17-22C 时，胸部皮肤温度很稳定（34.5-34.7C） ； 当室温降至 17C 以下时，胸部皮肤温度逐渐下降；当室温升至 22C 以上时，胸部皮 肤温度逐渐上升；手背的皮肤温度始终随着气温的变化而有相应的变化，这表明当室 温在 17C 以上或 22C 以下时，只靠裸露部位皮肤的调节已不能很好的维持机体的热 平衡， 未裸露的皮肤温度也开始变化以保持机体的热平衡，亦即机体的体温调

12、节开始逐 渐紧张。皮肤温度在随室温的下降而下降的调节的过程中，当室温下降至 9-13C 时， 皮肤温度出现一次回升现象，反映机体在寒冷刺激下热调节的紧张。在空气温度上升 到 32C 以上时，人体出汗开始显著增加，当气温超过 33C 时，汗液蒸发几乎成为唯 一的散热方式。机体大量出汗时，皮肤温度即不再上升，甚至略有下降。 1.2 测量体温的方测量体温的方法法 1.2.1 传统测温 传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表） 、医用电子接触式温度计 （常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、直肠）或置于腋下，通 过接触使温度计的温度等于被测处的温度。 水银体温计是由一根有刻度的

13、真空玻璃毛细菅构成。其末端有贮液槽，内盛水银。 当水银槽受热后，水银膨胀而沿着毛细管上升，其高度和受热程度成正比。体温表的 3 毛细管下端和水银槽之间有一凹缩处，可使水银柱遇冷不致下降。体温计和刻度为 3542，每 1之间分成 10 小格，每一小格表示 0.1，在相当于 0.5和 1的地 方用较粗且长的线标示。在 37处则染以红色。 电子体温计（充电式）采用电子感温探头来测量温度，测得的温度直接由数字显 示，读数直观，测温准确，灵敏度高。使用时只需将探头放入外套内，外套使用后丢 弃。探头须插入外套顶端，置探头于病人的测量部位，如舌下热窝处维持 60 秒，即可 读数字。 化学点状体温计内有若干化

14、学单位，在 45 秒内能按特定的温度来改变体温表上点 状的颜色。当颜色点从白色变成绿色或蓝色时，即为所测的体温。该体温表用后即丢 弃，可避免交叉感染。 接触式医用温度计的优点是它本身很准确，很稳定，仪表的误差不超过 0.1。它 们容易使用，便宜，可作医疗使用，也可作家用。其缺点是测量的速度慢（约 2 分钟 以上） ，玻璃液体温度计还易碎。 1.2.2 红外测温法 任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量。所辐射能量的 大小，直接与该物体的温度有关，具体地说是与该物体热力学温度的 4 次方成正比， 用公式可表达为： 式中：E 辐射出射度，W/m3； 斯蒂芬波尔兹曼常数，5.671

15、0-8 W/(m2K4)； 物体的辐射率； T 物体的温度，K； T0物体周围的环境温度，K。 测量出所发射的 E，就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对象 接触，因此属于非接触式测量。红外温度仪表可用于很宽温度范围的测温，从50 直至高于 3000。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常 温（0100）范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用 于不同测量对象的仪表，其具体的设计也不同。 红外温度计最简单的原理图如图 1.2 所示。 4 图 1.2 红外温度计原理框图 图中：主光学系统有两个作用：a）把被测处

16、的红外线集中到检测元件上；b）把 进入仪表的红外线发射面限制在固定范围内。检测元件把红外线能量转换为电信号。 信号处理单元把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术进行处理，变成人们 需要的各种模拟量和数字量信息。显示单元把处理过的信号变成人们可阅读的数字或 画面。瞄准系统用于瞄准（或指示）被测部位。 红外测温法的优缺点： 优点： 与被测对象不接触，在测体温时不会造成不必要的感染； 快速。通常测量时间小于 1s，一般不会超过 2s。 缺点： 仪表本身准确度不如接触式的医用温度计，通常不会优于 0.2； 测量结果受许多因素影响，重要的是被测对象辐射率不确定性，不容易测出被 测对象实际温度；测量

17、距离变化和环境温度变化也会带来误差； 5 第 2 章 Keithley 2700 的特性及扫描原理 2.12.1 特性特性 2700 为一台 6 12 高性能数字多用表数据采集系统，可以测直流、交流电压电流、 2 线4 线电阻、热电偶、热敏电阻和 4 线 RTD 测温，也可测频率、周期和导通。 2700 后面板有 2 个插槽，可插入 7700 系列的各种模块模块上任何一个闭合或扫描 的通道可由 2700 来进行测量，对于扫描方式，每一通道可分别定义测量功能，量程及 分辨率等参数。 77007702770377057706 双刀开关20 路40 路32 路-20 路 四线开关10 路20 路16

18、 路-10 路 单刀开关-40 路- 测量电压300V 最大300V 最 大 300V 最大300V 最大300V 最大 测量电流CH 和 223A 最大 Ch41 和 423A 最 大 - 测量电阻2/4 线2/4 线2/4 线- 冷端补偿有-有 接头类型螺钉端子螺钉端子双 DB-50 插座 双 DB-50 插座微型螺钉端 子 其 他全部数字表 功能 全部数字 表功能 全部数字表 功能,干簧 继电器 多路闭合16 路数字 输出,2 路模 拟输出,1 路 计数器/累 加器 表 1 7700 系列开关模块 6 通过程控命令 SYSTem：CARDx，可查询插入 2700 内的开关模块的下列信息：

19、 序列号和硬件版本 最大允许电压 支持多路复用或是孤立开关模式 测温是否支持冷端补偿 哪些通道用作电压 2 线测量 哪些用作电流测量 哪些通道用作模拟量或者数字量输出 确定累加器通道 2700 的特性还包括： 开机状态设置6 种 偏置补偿测量用于四线电阻测量,二步测量以消除热电势的影响。 计算功能mX+b 和百分比计算 相对测量偏置归零或建立基线值进行相对测量 比例与平均对 2 个切换通道做比例和平均值测量 缓冲器可存储 550000 个读数 极限可设置双高限，双低限。 开关量输入/输出口5 路开关量（极限测试）输出可用于控制外部电路， Pin6 也可用做外部触发输入。 监控功能2700 可监

20、控某一选定的通道，比如该信号达到设定的极限 值，就触发一次扫描测试。 程控接口IEEE-488 接口和 RS-232 接口均可。 2.22.2 扫描扫描 2.2.1 扫描原理 2700 能够扫描一到两块 Keithley 开关卡的通道。每一个通道都能独立设置。可独 立设置的操作项目包括功能、量程、速度、交流带宽、相对、滤波、显示位数、数学 计算、偏置补偿、温度传感器、极限、通道平均、通道比例和电压分贝等。 扫描通道的读数自动地存储在缓存器中。当使用自动清除功能（缺省设置） ，扫描 开始时，缓存器清除。否则，扫描读数被添加到缓存器中。 7 2.2.2 通道分配 开关卡有一个确定的通道数。例如：7

21、700 型开关卡有 22 个通道（1 到 22） 。一个 扫描卡能安装在主机两个槽中的任何一个。因此，开关或扫描通道时必须指定开关卡 的槽位置和通道号。2700 采用三位数表示一个通道，第一位（1 或 2）表示开关卡所在 的槽数，后两位指示开关卡的通道号。例如： 通道 101 槽 1，第 1 个通道。 通道 112 槽 1，第 12 个通道。 通道 220 槽 2，第 20 个通道。 2.2.3 扫描过程 基本扫描对两线测量功能，扫描完成后打开通道。 四线制测量对四线测量功能（四线电阻和四线 RTD 测温） ，扫描时占用双通 道。扫描完成后打开双通道。 通道对计算比例和通道平均是由双通道测量完

22、成的，然后计算并显示结果。 因此，通道对计算也需要用成对通道。 2.2.4 触发方式 下面的框图阐述步进和扫描两种基本的扫描操作。见图 2.1 和图 2.2。 8 图 2.1 步进（STEP）功能的触发方式 步进操作概述进行“STEP”操作时，2700 离开空闲状态，关闭第一个通道， 等待事件触发。检测到触发后，仪器可能在执行测量之前受一个以上的延时影响。在 读数读取并存储在缓冲器之后，2700 输出一个触发脉冲，打开关闭的通道，然后关闭 扫描表中的下一个通道，仪器将等待下一个触发事件并进行测量。直到扫描完最后一 个通道，关闭扫描表中第一个通道，仪器返回到空闲状态。 扫描操作概述当进行“SAC

23、N”操作时，2700 脱离空闲状态，关闭第一个通 道，等待事件触发。检测到触发后，仪器可能在执行测量之前受一个以上的延时影响。 读数被读取并存储在缓冲器之后，2700 打开关闭的通道，并且关闭扫描表中下一个通 道，上述操作循环进行直至扫描表中的所有通道测量完毕。当扫描表中最后一个通道 测量完后，2700 输出一个触发脉冲。 如果程序要求再次对扫描表中的各通道进行扫描，2700 将在控制源（Control Source)处等待下一个触发事件。再次测量所有扫描表中通道后，2700 输出下一个触发 脉冲。完成所有程序中要求的扫描后，仪器关闭扫描表中第一个通道，返回到空闲状 9 态。 图 2.2 扫描

24、（SCAN）功能的触发方式 触发方式中的各项组成的含义如下： 空闲（Idel）扫描被使用时，操作进入空闲状态，并立即落到触发源控制中。 当测量完扫描表中最后通道后，操作返回到空闲状态；当停止测量时，系统会关闭扫 描表中第一个通道。 控制源（Control Source)对于前面板，有三种控制源操作扫描：立即、定时、 和外部触发。系统在选择控制源处挂起，直至检测到合适的触发事件为止。 步进（STEP）操作当检测到触发事件时，测量一个通道。扫描指针循环到控 制源，并且等待下一个触发事件发生。 扫描（SCAN）操作当检测到触发事件时，扫描表中所有通道被扫描。扫描指 10 针循环到控制源，并且等待下一

25、个触发事件。 立即控制源用于立即触发，事件检测 (Event Detection）允许立即扫描通道。 定时控制源扫描过程一开始，计时就开始，并且事件检测（Event Detection） 条件被满足立即通过触发进入下一步。每次到达用户设置的定时间隔时均触发一次。 如果定时间隔已到，且扫描指针已返回控制源，事件检测（Event Detection）即被满足， 操作立即继续进行。 延时（Delay）如触发方式的图中所示，在测量一个通道之前可能加一个或多 个延时。 自动延时或手动延时用户能选择自动延时或手动延时。用自动延时时，仪 器自动选择一个延时时间，满足功能和自动量程变化及多步测量所需的稳定时间

26、。用 户不能调整自动延时时间。对于选定的功能和量程它是一个固定的延时。用手动延时， 用户能够设定延时周期从从 0 秒99 小时 99 分 99.99 秒。但如果设定一个延时短于相 应自动延时周期，那么测量不确定度就会增加（会产生噪声或未测完的读数） 。 比例/通道平均延时对于使用比例或通道平均，需要一个继电器切换不太快 的典型延时。确省的延时周期是 0.5 秒，但它能通过远控编程设定为 0999999.999 秒。 设备动作（Device Action）在此部分中，完成通道测量过程。如果使用重复 滤波，滤波过程也将完成。 2.2.5 扫描配置 仪器总是被配置为一个可用的扫描。开机时，每个通道按

27、照开机确省设置来配置。 仪器有两个扫描配置：简单和高级。当配置简单扫描时，仪器用先有的设置扫描每个 通道。用高级扫描时，每个通道能够有自己独立的设置。 通道设置要考虑以下几点： 相对对高级扫描使用相对，相对值必须在正常测量状态下来采样。 滤波扫描时不能使用移动式滤波，只能使用重复式滤波。如果一个（或几个） 通道配置了移动式滤波，扫描时滤波将被关闭。 挂起用扫描时不可使用读数挂起。不要在设置扫描通道中使用挂起，开始扫 描也必须关闭挂起。 对于高级扫描，每个使用的通道都有自己的独立设置。不使用的通道从扫描表中 排除。 当进入通道设置菜单时，显示的信息为被选择通道的当前设置。在“SETP”的小 数点

28、位置表示当前的量程。 11 S.ETUP V：101 表示 101 通道为 1V 量程。 SE.TUP ：102 表示 102 通道为 10k 量程。 SET.UP mA：121 表示 121 通道为 100mA 量程。 SETUP C：103 表示 103 通道为测温功能。 SETUP HZ：104 表示 104 通道为测频功能。 SETUP S：105 表示 105 通道为测周期功能。 SETUP PR：111 对于 7700 型开关模块，表示通道 111 是和 101 配对 的，这是不能改变的。 12 电源 Keithley 2700 计算机 7700 开 关模块 传感器人体皮肤 RS-

29、232 图 3.1 测温系统组成图 第 3 章 2700 测皮温系统组成及原理 3.13.1 系统组成系统组成 该系统采用美国 Keithley 仪器公司的 2700 型数字多用表/数据采集系统（简称 2700）安装一个 7700 多路开关模块，实现对人体不同部位皮肤温度的测量。 其系统由电源、2700、7700 开关模块和传感器组成，如图 3.1。其方案思路为： 13 人体不同部位的皮肤温度不同，同一部位的皮肤温度在不同环境下不相同，因此 会给研发实验的测量带来不少麻烦。作为数据采集系统，2700 具有远远高于 12-16bit 的分辨率，达到在研发实验级别用到的 22bit.因而具有比一般

30、采集系统更高的准确度、 灵敏度与重复性。其多路切换速度很快，并具有多种控制功能，配上 7700 数据采集软 件，作为高精度、稳定和高分辨率的数据记录仪。 在此方案中，为确保高的准确度，传感器的选择极为重要。在可供选择的传感器 里，热敏电阻是最灵敏的，热电偶是最方便的，4 线 RTD 是最稳定的。为了方便，在系 统中选择热电偶作为传感器。将热电偶用虚拟参考结点方式连接到 7700 多路开关模块 卡的通道上，另一端点分别粘在人体皮肤的脚、腿、手、臂、胸和额头上，2700 用 RS-232 线连接电脑，即完成系统的连接。设置好仪器前面板的各项参数。 在计算机上安装 Integra UP Runnin

31、g 软件，并进行设置，最后将扫描结果存 盘。 3.23.2 测温原理测温原理 体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素 决定的，因此测量皮肤温度要考虑多方面的影响。由于受到衣着、局部毛细血管的分 布、离心脏的远近、局部汗腺分泌活动等因素的影响，身体各不同部位的皮肤温度的 数值是不一样的，而且随着小气候变化而变化的数值也不同。由于 ts 是不稳定、不确 定的一个值，因此需要测定某些有代表性的点的皮肤温度来计算全身平均皮肤温度。 一般可测定 3-7 点的皮肤温度，按加权法计算平均皮肤温度。 3 点法： T 平均皮温 = 0.50T 胸+0.26T 小腿+0.14T 前

32、臂 4 点法： T 平均皮温 = 0.34T 胸+0.33T 股+0.18T 大腿+0.15T 前臂 7 点法： T 平均皮温 = 0.07T+0.35T 胸+0.19T 股+0.13T 小腿+0.07T 脚+0.14T 前臂 +0.05T 手 2700 可用作热电偶、热敏电阻和 4 线 RTD 完成温度测量。在选择温度传感器时， 应注意热电偶是最方便的，热敏电阻是最灵敏的，4 线 RTD 是最稳定的。通过 RS-232 接口与 PC 机连接，所有采集的数据能够直接保存为.DAT 文件，便于以后的数据分析。 当两种不同金属的导线连在一起时，会产生电动势 ，该电动势为温度的函数，当 温度变化时，

33、电动势也将随之变化。因此热电偶的每个电压都和一温度（差）相对应， 这就是热电偶测温的基本原理。 14 3.33.3 27002700 测皮温的优点测皮温的优点 由于在同一环境中身体各不同部位的皮肤温度可能不同，在测量皮肤温度时要求 各测点能够同时测量，这对数据采集器的要求较高。2700 各通道扫描的时间间隔最小 设置为 0.001 秒，能够同时满足皮肤温度的测量要求。 2700 测温度的优点是精度高，响应时间快，操作、使用便捷，能够准确、快速的 测量人体皮肤温度。 15 第 4 章 传感器的选择 4.14.1 传感器的概念传感器的概念 传感器（Sensor）是一种常见的却又很重要的器件，它是感

34、受规定的被测量的各种 量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状 态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和 输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、 重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的 响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收 到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号， 因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。 物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量

35、 转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关 系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、 热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。 这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换 其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质 上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能 够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样， 我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过

36、类似光敏电阻 这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的 输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的 关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比 于光电式传感器。 物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传 感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。热电偶式 传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。 由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确 地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计

37、，能够得出比较全面的分析结果。这 是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前 景。 16 4.24.2 热电偶的类型热电偶的类型 热电偶按材料分为标准化热电偶和非标准化热电偶。标准化热电偶指已经国家定 型批量生产的热电偶，非标准化热电偶指特殊用途试生产的热电偶。 热电偶按结构分为普通热电偶、铠装热电偶和片状薄膜热电偶，片状薄膜热电偶 结构图如下： 图4.1 片状薄膜热电偶的结构 在热电偶测量中，温度测量范围取决于所使用热电偶的类型，所支持的热电偶类 型包括 J，K，N，T，E，R，S 和 B。 Type Range Resolution J -200C to76

38、0C 0.001C K -200C to1372C 0.001C N -200C to1300C 0.001C T -200C to400C 0.001C E -200C to1000C 0.001C R 0C to 1768C 0.1C S 0C to1786C 0.1C B +350C to1820C 0.1C 在测量皮肤温度时，为保证测量的准确度，因此应选用精度较高的片状薄膜热电 偶传感器。 17 第 5 章 系统测温过程 5.15.1 安装安装 77007700 模块模块 5.1.1 简述 7700 模块的最大输入信号： 通道 1-20：300VDC 或 RMS，1A 切换，最大 60

39、W，125VA 通道 21，22：60VDC 或 30VRMS，3A 切换，最大 60W，125VA 7700 开关模块有 20 路双刀输入通道可用于电压、电阻、频率、周期和温度的测量， 同时提供 2 路电流通道。共有 6 个温度传感器用于检测接线端子板的冷端结点温度。 在温度测量时，由于已包含内部参考结点，故允许热电偶直接接到接线的端子上。 在 2700 处于 DCV，ACV，2，CONT，4，FREQ，PERIOD 或 TEMP 功能时， 通道 1 到 20 均可使用。当处于电流功能时（DCI 或 ACI） ，仅有通道 21 和 22 可使用。 7700 可用通道对来完成 4 线测试，基本

40、通道 1 到 10 与通道 11 到 20 进行配对。例 如，当选择 4 线功能时，通道 1 与通道 11 配对；当关闭通道 1 时，通道 11 也同时关 闭。 2 线方式包括 DCV，ACV，DCI，ACI，2，CONT，FREQ，PERIOD 和 TEMP（热电偶和热敏电阻） 。在 4 线方式下包括 4，TEMP（4 线 RTD） ，RATIO 和 CHAVG。当选择 4 线方式时，基本通道 1 到 10 将自动与通道 11 到 20 配对，如下： 通道 01 和通道 11 配对；通道 02 和通道 12 配对；通道 03 和通道 13 配对； 通道 04 和通道 14 配对；通道 05

41、和通道 15 配对；通道 06 和通道 16 配对； 通道 07 和通道 17 配对；通道 08 和通道 18 配对；通道 09 和通道 19 配对； 通道 10 和通道 20 配对 由于本系统选择 2 线方式测量，4 线方式不再介绍。 5.1.2 原理图 7700 原理图见图 5.1，通道 1 到 20 可用于除电流外的所有测量。通道 21 和 22 仅 用于电流测量。由图可见，有两个背板继电器（通道 24 和 25）连接到 2700 背板的输 入通道上。 在 2 线方式下（电流除外） ，通道 25 将闭合，当在 4 线方式下，通道 24 和 25 均 18 闭合。 图5.1 7700简化结

42、构图 在通道1到10与通道11到20之间有以刀/4刀继电器（通道23） 。在2线方式时，通道 23打开（在2刀位置上） ，使20通道中任一通道都可连接到输入背板上。当选择4线方式 时，通道23闭合（在4刀位置上）使通道1到10与通道11到20隔离。当主通道（1到10） 关闭。 19 在正常操作下，用户不能控制通道 23，24 和 25，这些通道的开/合状态由所选择 的功能来决定。 5.1.3 连接和安装 通道 1 到 23 均使用带锁存的继电器而达到更好的支流测试性能（无热电势 EMF） 。 当仪器的电源被关掉时，所有已闭合的继电器仍处于闭合状态，因此当闭合的通道上 有具危险性的电压时，该电压

43、同样会出现在 7700 开关模块的 INPUT，SENSE 或 AMPS/LO 端。 当 2700 完成了开机的初始化，所闭合的通道在几秒后都将打开。 （1）在模块上进行连线或拆线， （2）在 2700 上插拔开关模块。连接背板的继电 器（通道 24 和 25）为不带锁存的继电器，当 2700 关闭时，它们均都打开。 第一步 打开顶盖 为了能连到 7700 开关模块的接线端子板上，首先要打开顶盖。如图 5.2 所示，有 一弹簧螺钉，用一字型的螺丝刀向左转动直到打开模块的顶盖。在盖顶盖时，应确保 顶盖的所有边都嵌入模块盒中。盖好顶盖后，再拧好螺钉。 图5.2 7700顶盖 第二步 模块安装 20

44、 1. 关掉 2700 电源并拔下电源线和所有连在后面板的线缆。 2. 将 2700 的后面板对着自己。 3. 将开关模块顶盖朝上，并将其插入空的插槽中。当约剩 1/4 英寸时，用力 一压，使模块的插头与主机箱的连接器相连。 4. 在模块的两端各有一固定螺钉，上紧螺钉而确保模块与主机箱的连接器 相连。 5. 连好电源线和其他连在后面板上的缆线。 6. 打开 2700 电源， “7700”及对应的插槽的信息将会显示出来。 5.25.2 热电偶的连接热电偶的连接 当热电偶直接连到 2700 输入端时，至少有一个由两种不同金属所形成的连接点， 故其所产生的电压便会加到热电偶形成的电压内，从而会形成温

45、度测量的误差。为了 消除热电势的影响，热电偶线路中的参考结点的温度应已知。 参考结点是热电偶线路中的冷端，为一稳定的已知温度，而且必须要在不同材料 导线相连的地方。只有当冷端的温度已知，2700 才可以根据冷端的温度计算出热电偶 的对应的温度值。 标准的参考温度是冰点（0C） 。冰点不仅可以被准确地控制，而且国家标准局也 用它作为电压温度转换表的基本参考。 虚拟参考结点用冰槽，铜线与热电偶的连接点被浸入冰槽，给 2700 输入 0C 作 为虚拟参考温度。2700 虚拟的参考温度可发给计算机，设定在 0 到 65C 的范围内。 使用 7700 开关模块，按图 5.3 使用虚拟参考结点。 图 5.

46、3 虚拟参考结点 21 5.35.3 在计算机上安装在计算机上安装 IntegraIntegra UPUP RunningRunning 软件软件 这是一个由 TestPoint 软件开发平台生成的实用软件，装上就可以使用（如图 5.4） 。 安装方式只需按习惯的 Windows 风格，点击几下鼠标，就可检验有关硬件、连线、通 讯和软件驱动是否运行正常。此软件可执行数据显示、分析与存储任务，可显示多达 8 个通道的波形，实时记录多通道数据到硬盘，因此非常适合用来测人体不同部位的皮 肤温度。 图 5.4 Integra UP Running 软件 5.45.4 具体操作具体操作 以上为测温前的准

47、备工作，接下来介绍测温过程的具体操作步骤。将 2700 接入计 算机，开机进行仪器设置。 22 5.4.1 上电开机过程 连接电源： 1检查后面板上电压输入的选择是否符合目前工作环境的电压。对于测皮肤温度， 220V 的电压足够。 2插入电源线之前，将前面板的电源开关拨在关的位置。 3将电源线连接至仪器后面板的交流电源输入端和三孔交流电源的输出端。 4按下仪器前面板的电源开关，打开仪器准备操作。 开机程序： 当打开电源，2700 会依内部 EPROM 和 RAM 的设定作自我检测，并且会将屏幕 上所有的显示信号点亮近 1 秒种。如果监测出任何故障，屏幕上显示“ERR”及错误 代码。 2700

48、通过自检，屏幕上将会显示： REV：A01 A02 其中：A01 是主机板上 ROM 的版本代号。 A02 是显示板上 ROM 的版本代号。 随后，已安装的 7700 开关模块会显示出来，如下： 1：7700 5.4.2 设置量程 测量量程的选择会影响测量准确度和可测量的最大电平，对于温度测量，没有量 程选择，是在单一固定的量程内进行的，决定于所使用的探头的类型，最大温度读数 范围从-200C 到 1820C。 人体皮肤在这一范围内，因此在仪器上按 RANGE 键，选择最接近人体皮肤温度 的量程，也可选用自动量程“AUTO” 。但自动量程相对手动量程较慢，所以为了优化 速度，确保最好的准确度和分辨率，不使用自动量程。 在每种测量功能里，量程设置是可记忆的，在选择好量程后，多次测量时将不再 需要重新设置。 5.4.3 设定位数 DIGITS 键用于设置显示分辨率，在仪器前面板上按 DIGITS 键，进入位数选择 23 菜单，屏幕上显示 3 1/2 到 6 1/2 的分辨率。温度测量要求数据精度不太高，选择 3 1/2 位就够了。具体操作是： 按左右选择键选择 3 1/2 位，然后按 ENTER 键进行确定。 5.4.4 设置速度和带宽 27