Agilent34401A在沉积物热导率测量仪中的应用

　　0　引言

　　沉积物热导率的测量是海底地热研究中极其重要的一个环节[1],在实验室完成热导率的测量,可以极大地降低探针的水下作业时间,大大降低设备损耗风险。综合考虑海洋沉积物　　热导率测量的工艺特点,研制了具有高精度、高效率的海底沉积物热导率测量仪。该仪器基于Agilent34401A万用表,采用线热源原理的探针技术[2]测量NTC高精度热敏电阻和脉冲电　　流值,把测量值转换为温度和加热功率,最终计算出样品的热导率,如图1所示。

　　1　高精度热敏电阻测量的工作原理

　　1·1　Agilent34401A的性能

　　Agilent34401A是6位半高性能的数字万用表。为了达到较好的温度测量精度,也就是为了精密测量NTC热敏电阻的阻值,采用Agilent34401A作为测量的工具。Agilent34401A测量　　范围宽,能够进行快速准确的测量。该表可以得到1 000个读数/s的测量速率外,还具有改变量程50次/s、改变功能26次/s的功能. 24 h内直流准确度为0·001 5%,交流准确度为0·06%,带宽为3 Hz~300 kHz.

　　1·2　传感探头的温度特性

　　过去通常用电阻非线性网络,在非常窄的温度范围内将热敏电阻的电阻值转换为温度,转换范围通常只有几℃。该试验仪通过微处理器,利用数字方法将热敏电阻的阻值转换为温　　度,可以降低系统硬件设计的复杂性,并且可以灵活地对温度转换进行修正,实验室中能在0~80℃的范围内对温度进行有效的转换,测温准确度达±0·1℃[3].

　　多通道热导率测试仪系统采用高精度负温度系数热敏电阻PT3-51F-M9TP为传感探头,该热敏电阻25℃时电阻值为50 kΩ,精度为±0·1℃,其电阻值和温度之间的关系为

　　日本芝蒲公司提供了温度与电阻值的对应关系表,该表列出了0~80℃中每1℃对应的电阻值。又因为热敏电阻本身的温度测量精度可以达到0·1℃,所以采用分段拟合的方式实　　现高精度温度的拟合。

　　1·3　通讯协议的选择与配置

　　在测量仪的设计中,采用常用的RS-232串口作为Agi-lent34401A与计算机通讯接口。由于Agilent34401A本身限制,唯一支持RS-232的程序设计语言是SCPI.这时,必须设定万用表的波特率和奇偶性。Agilent34401A的波特率、奇偶性和数　　据位的设定可通过万用表的前面板I/O MENU来设定。根据高精度电压快速测量的需要,设计采用9600波特率。该表和PC机通讯的数据帧格式:起始位数1位;无奇偶校验, 8个数据位,终止位数1位。

        Agilent34401A配置为DTE(数据终端设备DataTerminalE-quipment),在通讯中必须使用9线串口中的2~6号5条信号线,计算机与Agilent34401A连接时,信号线DTR(Data Terminal　　Ready)和DSR (Data Set Ready)必须对调,也就是Agi-lent34401A的DSR输入成为计算机的DTR输出,反之亦然。TXD和RXD分别为发送数据线和接收数据线,其他引脚不用。硬件通讯线连接线如图2所示。用位于后面板的9针(DB-9)系列的连接器,把万用表与RS-232接口连接。万用表就成为数字终端设备(DTE)的结构。对于用RS-232接口的通讯,万用表使用两个信号交换线:即在第四针上的DTR和在第六针的DSR。