2022-12-20 09:21:49 由 yihong 发表
介绍
由于用于执行测量的信号非常小，需要低温温度监测的大型设施传统上需要将测量电子设备放置在靠近温度传感器的位置。 对于在传感器周围预计会产生高辐射剂量的应用，或者如果传感器相距很远的应用，这可能会很麻烦。 对于粒子加速器等高能物理机器来说，这是很常见的事情。
解决方案
Lake Shore 240 系列输入模块经过设计和测试，可在传感器和测量电子设备之间使用更长的电缆。 这使得 240 系列输入模块可以放置在一个不受有害环境影响的统一位置。 通过仔细选择电缆和传感器，使用长电缆跨度成为可行的选择。
Ideal 传感器电缆规格
对于超过 10 m 的电缆长度，应选择具有以下特性的电缆以保持测量可靠性。
电缆精度和噪声
如果不满足上述条件，可能会影响测量质量。详见下表。
注意：铂金传感器适用于 40 K 以上的温度，二极管传感器不能暴露在磁场或电离辐射中。
电缆评估示例
以下是如何计算 300 m 电缆长度的电缆性能值的示例。
级别
1. 该电缆有两对双绞线，共有四根导线，可用于测量四根导线的温度。
2. 绝缘材料为聚丙烯，具有极低的DAR。
3. 导体间电容为每米 56 pF。 因此，总并联电容为：2 × 0.056 nF/m × 300 m = 33.6 nF（建议小于35 nF）
4. 导体屏蔽电容为每米 92 pF。 因此，总屏蔽电容为：2 × 0.092 nF/m × 300 m = 55.2 nF（建议小于 60 nF）
如果满足这些条件，则该示例电缆的质量足够高，可用于对 300 米外的传感器进行精确测量。
Lake Shore 验证测试
通过广泛的模拟和测试，Lake Shore 确定 240 系列输入模块可用于在 300 米的传感器电缆上进行温度测量，尽管噪声水平略有增加。 CX-1070 传感器在低于 4 K 的温度下运行时，使用 240 系列输入模块通过 300 米长的电缆在 Lake Shore 的测试设施中进行了精确测量。
已发现带有独立双绞线的正极和负极传感器线的屏蔽 6 类电缆是长距离应用的不错选择，而且相对便宜。
示例 6 类接线横截面
下图是用于测试的六类线截面示例。 请注意，正负线已分开，以最大限度地减少并联寄生电容。 虽然只显示了一组 I+/I-/V+/V- 连接，但第二个传感器通过其他双绞线连接。 还要注意外屏蔽层，它对于保护测量信号非常重要。
在长电缆上获得更好性能的技巧：电缆注意事项
使用双绞线时，将正极线连接到一对双绞线，将负极线连接到另一对。 这减少了与负载并联的寄生电容。
使用低激励电流时，将电缆穿过振动最小的区域。摩擦电效应会在 100 K 范围内引入高达读数 2% 的噪声，在 30 K 范围内引入高达 0.5% 的噪声（分别为 0.2 mV 和 0.05 mV）。如果 无法避免电缆振动，如果适用，请使用具有较大激励电流的传感器类型，例如二极管和铂 RTD。
电缆屏蔽至关重要。 确保电缆屏蔽层连接到穿过电缆的其中一个输入的屏蔽连接器。 为避免接地环路问题，最好不要将屏蔽层连接到电缆传感器端的任何东西。
在长电缆上获得更好性能的技巧：240 系列模块注意事项
使用 240-8P（8 输入模块）进行长电缆布线时，最好保持与传感器选择和测量温度的一致性，以便传感器电阻相似。 如果这不可行，请考虑为不匹配的传感器使用 240-2P（2 输入）模块。
禁用任何未使用的输入。
如果电缆引入了明显的读数偏移，则禁用电流反转可能有助于解决该问题。 这会将热 EMF 偏移量引入测量中，但这些偏移量可能小于启用电流反转时由长电缆运行引起的偏移量。
在长电缆上获得更好性能的技巧：传感器注意事项
如果使用 Cernox™ 传感器，请考虑选择电阻低于适合您的温度范围的最佳电阻的传感器。 选择一个电阻使其电阻保持在 10 kΩ 以下的传感器将提高电子精度和分辨率，这应该可以弥补传感器灵敏度的轻微降低。 例如，4.2K 左右的应用选择 CX-1050，1.8K 左右的应用选择 CX-1030。
结论
在高辐射环境中，保护测量电子设备免受有害暴露可能是一项挑战。 借助 Lake Shore 240 系列输入模块和谨慎的电线和传感器选择，我们已经证明可以在长电缆跨度内保持测量性能，从而允许将电子设备安装在受保护的位置。
