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局部放電和溫度綜合在線監(jiān)測裝置

產

品

說

明

書

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局部放電和溫度在線監(jiān)測裝置

一、技術發(fā)展歷程

脈沖電流法是當前普遍認可且廣泛使用的一種局部放電量測試方法，其結果

是以 pC 為單位的視在放電量，屬于定量性質的測量，能客觀反映電氣設備的絕

緣狀態(tài)。IEC 對此在 2000 年制定了專門的檢測標準。每一次局部放電現象都伴

隨著正負電荷的中和，表現為一個具有極陡上升沿的電流脈沖，脈沖電流法即通

過測量該脈沖電流的大小來計算局部放電量的大小?；诿}沖電流法的局部放電

測試通常用于電氣設備的型式試驗、出廠試驗和其他離線測試中,通過無局部放

電的可控升壓測量系統(tǒng)實現測試。而實際運行設備現場由于存在各種形式的電磁

干擾，并不具備相比于離線測試時的無局部放電升壓測試條件，所以基于脈沖電

流法的帶電或在線局部放電測試應用較少。

根據上述特點，本公司進行了改進，采用先進軟硬件相結合的消噪抗干擾技

術，實現了該方法在運行高壓開關柜設備中的應用。銳意創(chuàng)新，堅持走技術研發(fā)

之路，確保產品技術領先，以滿足當今企業(yè)客戶對產品性能不斷提升的要求，讓

客戶充分的受益于我們的領先技術和出色的可靠性。

二、技術特點

該技術在脈沖電流法的基礎上進行了改進，共用高壓開關柜帶電顯示裝置的

絕緣子式電容傳感器進行在線局部放電監(jiān)測，檢測方法和結果符合 IEC60270-

2000 及 GB/T 7354-2003 標準。

該技術的優(yōu)點如下：

（1）高壓開關柜普遍配置了帶電顯示器，通過一個母線支撐絕緣子等效成

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的電容器和 LED 燈串聯實現對三相母線帶電情況進行指示。該技術將該等效電容

器作為脈沖電流法局部放電測試的耦合電容器，并通過集成了局放加強器的帶電

顯示裝置外接測試系統(tǒng)實現對局部放電的在線監(jiān)測。該技術對三相信號同時采集、

分析、處理，通過硬件算法將電網中的高次諧波干擾及其他的共模干擾濾除掉。

該技術使用開關柜原有的絕緣子等效電容器來進行監(jiān)測，無須再增設電容傳感器，

減少了安裝成本及布線。

（2）該技術采用標準的 PD 信號發(fā)生器進行在線校準，這一技術在國內還沒有，

通過在線校準可以消除開關柜內部各種等效參數的影響，進而保證檢測的精度，

符合國家標準和國際標準。

3、局放溫度在線監(jiān)測拓撲圖

局放在線監(jiān)測裝置采用超低功耗設計，抗干擾能力強，可在線校準；兼?zhèn)淙?/p>

相帶電顯示功能，LED 顯示開關柜是否帶電，免維護功耗低，可核相且核相電壓

低。

4、技術參數

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4.1 功能參數

項目 參數

安裝方式 前面板安裝、嵌入式需開孔

工作電壓 AC 220V 50Hz

通訊方式 RS485/433MHz

接口 USB-B/RJ45 以太網

額定測量范圍 0~1000pC

耦合電容 3PF-150PF 取決于設計

適用電壓等級 5kV~36kV 取決于設計

帶電指示 LCD

繼電器觸點 5A/250V AC 5A/30V DC

電源 230V AC±10%

功耗 3W

防護等級 IP54

工作溫度 -40℃~70℃

工作濕度 ＜95%RH

海拔高度 ＜4000m

前面板開孔尺寸 長 x 寬=92mmx44mm

外形尺寸 長 x 寬 x 深=96.6mmx48.6mmx98.3mm

4.2 電氣接線及端子定義圖

4.3 運行界面說明

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4.4 外形尺寸

5、安裝方式

5.1 前面板安裝

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嵌入式，前面板開孔尺寸：92mm*44mm。

5.2 安裝示意圖：

6、上位機軟件

步驟一

1、 打開局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)上位機軟件，進入通訊設置界面，如上圖所

示，選取所需串口號，其它參數默認設置。點擊“ ”，

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界面出現“ ”，則通訊連接成功，點擊“確定”即可。如出

現 ，則表示通訊連接失敗。

2、 點擊“ ”按鈕，可以實現設備復位功能。

步驟二

1、點擊菜單欄“相圖測量”，選取 PRPD 譜圖“ ”，進入

PRPD 譜圖界面如上圖所示。

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2、先創(chuàng)建一個空白 doc 文檔，點擊界面文件保存路徑“ 至該

doc 文檔”，PRPD 譜圖最終以圖片形式將數據保存至該文檔所在的文件夾內。

3、設置“運行周期”和“保存周期”。如設置值為“ ”表示譜

圖只運行 20 個交流周期，運行完 20 個交流周期后，上位機停止圖譜統(tǒng)計。運

行過程中如需暫停，點擊界面右下角“ ”；局放數據保存 2 個交流周期

（分別為第 19、20 個交流周期）。

4、點擊“ ”，開始進行圖譜統(tǒng)計；運行過程中如需暫停，點擊界面右下

角“ ”圖譜統(tǒng)計結束。

步驟三

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1、 點擊菜單欄“參數配置” ，進入“局放參數配置”界面

如上圖所示，點擊“ ”讀取設備當前參數配置值，

“ ”，“所有通道”里的“485-ID”代表此設備的設備地址，

點擊“通道配置”就進入如下界面，里面是各個通道的報警延遲時間和報

警門限相關參數；

2、 如果需要變更參數值，輸入要變更的參數值，點擊“ ”完成參數

變更配置。

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7、Modbus 通訊規(guī)約

（1）物理接口

1.1 串行通訊口采用 RS485 方式。

1.2 信息傳輸方式采用半雙工異步方式。

1.3 波特率 9600 Baud，8 位數據位，1 位停止位，無奇偶校驗

1.4 在現場總線設備中，局放監(jiān)測主機通訊口作從站。

（2）本通訊轉換器支持的 MODBUS RTU 通訊幀結構解釋：

符合標準 MODBUS RTU 通訊協議格式，如下圖 所示。

2.1、地址域

MODBUS RTU 從站地址域為一個字節(jié)，此地址域由貴公司提供，響應網

絡數據幀中地址域數據與自身地址 相等的數據信息命令。

2.2、功能碼域

MODBUS RTU 通訊協議中功能碼域包括一個字節(jié)，局放監(jiān)測主機功能碼參見

下表：

功能碼 含義 功能描述

0X02 讀開關量輸入(遙信) 讀取本公司局放監(jiān)測主機的局放報警

和溫度報警

0X03 讀取寄存器數據（遙測） 讀取本公司局放監(jiān)測主機的局放數據

和溫度數據

0X04 讀配置參數 讀取本公司局放監(jiān)測主機的485設備地

址、局放報警門限、溫度報警門限和

溫度傳感器ID參數

0X10 設置相關參數 設置本公司局放監(jiān)測主機的485設備地

址、局放報警門限、溫度報警門限和

溫度傳感器ID參數

2.3、數據域

2.3.1、 MODBUS RTU 通訊協議遙信數據域長度為8個bit位

，則定為1個字節(jié)，具體如下：

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bit位 定義

bit1 0 第一通道局放正常

1 第一通道局放報警

Bit2 0 局放裝置運行正常

1 局放裝置自檢報警

Bit3 0 溫度傳感器1正常

1 溫度傳感器1報警

Bit4 0 溫度傳感器2正常

1 溫度傳感器2報警

Bit5 0 溫度傳感器3正常

1 溫度傳感器3報警

Bit6 0 溫度傳感器4正常

1 溫度傳感器4報警

Bit7 0 溫度傳感器5正常

1 溫度傳感器5報警

Bit8

0 溫度傳感器6正常

1 溫度傳感器6報警

遙信報文解析

(1) 主機發(fā)送到從機報文解析：

27 02 00 00 00 08 7E CA

byte1: [27] - 從機地址；

byte2: [02] - 功能碼：讀開關量輸入地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 08] - 開關量數量（8個開關量）；

byte7~byte8: [7E CA] - 校驗碼；

（2）從機發(fā)送到主機報文解析：

27 02 01 FC AA 81

byte1: [27] - 從機地址；

byte2: [02] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3: [01] - 數據長度：共8個開關量，1（0x01）個字節(jié)；

Byte4: [FC] - 8個遙信數據；

遙信值解析如下：

FC（十六進制） 11111100(二進制)

bit1: [0] - 局放報警開關量；

bit2: [0] - 局放監(jiān)測儀自檢開關量；

bit3: [0] - 溫度傳感器1報警開關量；

.

.

.

.

Bit8: [0] - 溫度傳感器6報警開關量；

Byte5~byte6: [AA 81] - 校驗碼；

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2.3.2、 MODBUS RTU 通訊協議遙測數據域長度為28個字節(jié)

，具體如下：

字節(jié) 定義

第1、2字節(jié) 為監(jiān)測到的局放數值（高字節(jié)在前）

第3、4字節(jié) 放電頻度（高字節(jié)在前）

第5、6字節(jié) 溫度傳感器1數值（高字節(jié)在前）

第7、8字節(jié) 溫度傳感器2數值（高字節(jié)在前）

……… …………

第13、14字節(jié) 溫度傳感器5數值（高字節(jié)在前）

第15、16字節(jié) 溫度傳感器6數值（高字節(jié)在前）

遙測報文解析

(1) 主機發(fā)送到從機報文解析：

27 03 00 00 00 08 43 0A

byte1: [27] - 從機地址；

byte2: [03] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 08] - 寄存器數量（8個寄存器）；

byte7~byte8: [43 0A] - 校驗碼；

（2）從機發(fā)送到主機報文解析：

27 03 10 00 01 00 00 00 D5 00 D5 00 C0 00 D5 00 D5 00 C0 E1 FA

byte1: [27] - 從機地址；

byte2: [03] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3: [10] - 數據長度：共16（0x10）個字節(jié)；

byte4~byte5: [00 01] - 局放監(jiān)測數據；

byte6~byte7: [00 00] - 放電頻度；

byte8~byte9: [00 D5] - 溫度傳感器1數據；

byte10~byte11: [00 D5] - 溫度傳感器2數據；

.

.

.

Byte28~byte29: [00 D5] - 溫度傳感器11數據；

byte30~byte31: [00 C0] - 溫度傳感器12數據；

byte32~byte33: [E1 FA] - 校驗碼；

2.3.3、 MODBUS RTU 通訊協議讀取設備相關配置參數，具

體如下：

字節(jié) 定義

第1-4字節(jié) 485設備地址（高字節(jié)在前）

第5-8字節(jié) 局放報警延遲時間（高字節(jié)在前）

第9-12字節(jié) 局放報警門限值（高字節(jié)在前）

第13-16字節(jié) 溫度報警門限值（高字節(jié)在前）

第17-20字節(jié) 溫度傳感器1ID（高字節(jié)在前）

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第21-24字節(jié) 溫度傳感器2ID（高字節(jié)在前）

……… …………

第33-36字節(jié) 溫度傳感器5ID（高字節(jié)在前）

第37-40字節(jié) 溫度傳感器6ID（高字節(jié)在前）

遙測報文解析

(1) 主機發(fā)送到從機報文解析：

3C 04 00 00 00 0A 74 E0

byte1: [3C] - 從機地址；

byte2: [04] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器數量（10個寄存器）；

byte7~byte8: [74 E0] - 校驗碼；

（2）從機發(fā)送到主機報文解析：

3C 04 28 00 00 00 3C 00 00 00 3C 00 00 00 43 00 00 00 0F 00 02 7A

B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 80

9B

byte1: [3C] - 從機地址；

byte2: [04] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3: [28] - 數據長度：共40（0x28）個字節(jié)；

byte4~byte7: [00 00 00 3C] - 485設備地址；

byte8~byte11: [00 00 00 3C] - 局放報警延遲時間；

byte12~byte15: [00 00 00 43] - 局放報警門限值；

byte16~byte19: [00 00 00 0F] - 溫度報警門限值；

byte20~byte23: [00 02 7A B8] - 溫度傳感器1ID；

byte24~byte27: [00 02 7A B9] - 溫度傳感器2ID；

.

.

.

Byte36~byte39: [00 02 7A B9] - 溫度傳感器5數據；

Byte40~byte43: [00 02 7A BA] - 溫度傳感器6數據；

Byte44~byte45: [80 9B] - 校驗碼；

2.3.4、 MODBUS RTU 通訊協議設置設備相關配置參數，具

體如下：

字節(jié) 定義

第1-4字節(jié) 485設備地址（高字節(jié)在前）

第5-8字節(jié) 局放報警延遲時間（高字節(jié)在前）

第9-12字節(jié) 局放報警門限值（高字節(jié)在前）

第13-16字節(jié) 溫度報警門限值（高字節(jié)在前）

第17-20字節(jié) 溫度傳感器1ID（高字節(jié)在前）

第21-24字節(jié) 溫度傳感器2ID（高字節(jié)在前）

……… …………

第33-36字節(jié) 溫度傳感器5ID（高字節(jié)在前）

第37-40字節(jié) 溫度傳感器6ID（高字節(jié)在前）

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遙測報文解析

(1) 主機發(fā)送到從機報文解析：

3C 10 00 00 00 0A 28 00 00 00 27 00 00 00 3C 00 00 00 43 00 00 00

0F 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00

02 7A BA 8C 0E

byte1: [3C] - 從機地址；

byte2: [10] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器數量（10個寄存器）；

byte7: [28] - 數據長度：共40（0x28）個字節(jié)；

byte8~byte11: [00 00 00 27] - 485設備地址；

byte12~byte15: [00 00 00 3C] - 局放報警延遲時間；

byte16~byte19: [00 00 00 43] - 局放報警門限值；

byte20~byte23: [00 00 00 0F] - 溫度報警門限值；

byte24~byte27: [00 02 7A B8] - 溫度傳感器1ID；

byte28~byte31: [00 02 7A B9] - 溫度傳感器2ID；

.

.

.

Byte40~byte43: [00 02 7A B9] - 溫度傳感器5數據；

Byte44~byte47: [00 02 7A BA] - 溫度傳感器6數據；

Byte72~byte73: [8C 0E] - 校驗碼；

（2）從機發(fā)送到主機報文解析：

3C 10 00 00 00 0A 44 E3

byte1: [3C] - 從機地址；

byte2: [10] - 功能碼：讀寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器數量（16個寄存器）；

Byte7~byte8: [44 E3] - 校驗碼；

▲使用注意事項

在仔細閱讀說明書的前提下，按說明書接線方可通電。

▲產品訂購

用戶根據需求，須在訂貨單中注明以下事項：

1．產品型號：所需產品的準確型號；

2．收貨單位：單位名稱、詳細地址、收貨人、郵編及聯系電話等

3．貨運方式：鐵路快件、中鐵快運、郵政運輸、航空運輸及貨物到站名稱；

4．開具增值稅票所須填寫項。

以下空白

聲表面波（SAW）

無線無源測溫系統(tǒng)簡介

浙江華采科技有限公司

目錄

目 錄

1. 原理與功能概述 ..................................................................................1

1.1 SAW 無線無源測溫技術...............................................................1

1.2 無線無源測溫原理 .......................................................................1

1.3 功能簡介 .......................................................................................2

1.4 產品優(yōu)勢 .......................................................................................2

1.5 應用領域 .......................................................................................2

2. 系統(tǒng)組成概述 ......................................................................................5

2.1 采集核心模組 ...............................................................................5

2.2 采集器.............................................................................................5

2.3 采集器天線 ...................................................................................6

2.4 SAW 溫度傳感芯片...................................................................7

2.5 溫度傳感器探頭 .........................................................................7

2.6 上位機軟件 .................................................................................9

3. 案例.....................................................................................................10

1

1. 原理與功能概述

1.1 SAW 無線無源測溫技術

聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N

彈性波，不同的邊界條件和傳播介質條件可以激發(fā)出不同模式的聲表面

波。無線無源測溫標簽中的聲表面波溫度傳感器，用于電力行業(yè)的變電

站開關柜及電力設備測溫，溫度傳感器是直接安裝在被測物體表面的測

溫元件，負責接收探尋射頻信號，并返回帶溫度信息的射頻信號。

1.2 無線無源測溫原理

該傳感器基于壓電原理，通過頻率變化反應壓電基片的熱脹冷縮效

應，其結構如下圖 1.1 所示?；竟ぷ鬟^程如下：

1） 采集器發(fā)射激勵信號：由采集器完成電信號調制，通過采集器天線

將調制的電磁波信號發(fā)到傳感器天線；

2） 傳感器接收激勵信號：SAW 傳感器的接收天線收到電磁波信號，通

過逆壓電效應，在 SAW 傳感器上產生聲波信號；

3） 傳感器調制溫度信號：聲信號感受壓電晶體熱脹冷縮，把溫度信息

調制到聲信號中，聲信號再通過壓電效應，轉化成電磁波信號，并

且通過傳感器天線發(fā)送出去；

4） 采集器接收返回信號：采集器天線接收返回的電磁波信號，解調出

溫度信息。

圖 1.1 聲表面波傳感器基本原理圖

發(fā)送信號

傳感器標簽

傳感器天線

采集器

采集器天線

返回信號

2

1.3 功能簡介

1) 實時監(jiān)測電網正常工作時關鍵節(jié)點的狀態(tài)，協助電網狀態(tài)檢修。

2) 和上位機配合，實現溫度異常應發(fā)故障報警：

? 溫度超過警戒溫度（可自行設置）實時報警；

? 溫度升溫過快時報警。

3）與系統(tǒng)配合，輔助分析電網運行狀況：

? 檢測節(jié)點溫度變化率；

? 檢測相鄰節(jié)點溫差；

? 反映電網的負荷高低、三相不平衡狀況。

1.4 產品優(yōu)勢

由于 SAW 傳感器是通過聲電耦合作用，具有如下獨特優(yōu)勢：

? 傳感器具有標簽自校驗功能；

? 傳感器標簽精度高（±2℃）；

? 傳感器標簽穩(wěn)定性高，使用壽命長；無線無源易安裝維護；

? 檢測溫度范圍大(-40℃～125℃)；

? 抗強電磁干擾能力強。

1.5 應用領域

1) 開關柜測溫

監(jiān)測各種型號的高壓開關柜內開關觸點、母排接頭、電纜接頭等設

備的溫度。

圖 1.2 高壓開關柜

3

2) 電力電纜系統(tǒng)測溫

監(jiān)測電纜接頭、地下電纜、電廠電纜溝熱點、電纜分支箱接頭開關

等設備的溫度。

圖 1.3 電纜接頭

3) 變電站外場接頭測溫

變電站內變壓器及其連接設備的溫度、變電站母排溫度監(jiān)測、變電

站高壓互感器、干式變壓器及油浸式變壓器接頭等接頭溫度。

圖 1.4 變電站外場接頭

4

4）強磁場節(jié)點測溫

大功率發(fā)射設備的組合電器，大電流節(jié)點、整流柜內的溫節(jié)點、電

感線圈和高壓隔離開關等儀器的測溫。

圖 1.5 強磁場節(jié)點

5）穿墻套管母排測溫

圖 1.6 穿墻套管母排

5

2. 系統(tǒng)組成概述

2.1 采集核心模組

采集核心模組用于無線采集 SAW 傳感器信號，解調溫度信息并根

據特定的通訊協議上傳數據。采集核心模組具體指標如表 2.1 所示，通

信協議見模組通訊協議說明文檔。

表 2.1 采集器模組指標

序號 名稱 指標

1 工作電源 5VDC

2 功耗 ＜3W

3 工作環(huán)境 溫度：-20℃～+70℃；濕度：0%～95%

4 儲存環(huán)境 溫度：-40℃～+85℃；濕度：0%～95%

5 通信接口 串口 TTL（具備 RS485控制引腳）

6 傳感器數量/單采集器 1～36

7 使用壽命 ≥10年

a) 頂視圖 b) 底視圖

圖 2.1 采集器核心模塊

2.2 采集器

采集器在核心模組的基礎上增加了電源、外設接口和外殼以方便使

6

用。

圖 2.2 采集器

工作電源：AC220V

工作環(huán)境溫度：-40℃~150℃

工作環(huán)境濕度：0%~95%

結構尺寸：152mmx95mmx40mm

通訊接口：RS485，MODBUS 協議

2.3 采集器天線

采集器天線如下圖所示，包括天線輻射體、射頻電纜及 SMA 接頭。射頻線

可以根據實際需要進行延長，SMA 接頭使用的是內螺紋內針接頭。

圖 2.3 采集器天線

射頻電纜

SMA 接頭

天線輻射體

7

采集器天線相關參數分別如表 2.2 所示。

表 2.2 采集器天線詳細技術參數

序號 名稱 指標

1 輸入阻抗 50Ω

2 天線尺寸 <250mm×70mm×26mm

3 輻射體 銅

4 連接器型號 SMA

5 工作環(huán)境 溫度-20～70℃；濕度：0%～95%

6 外殼顏色 黑色

2.4 SAW 溫度傳感芯片

SAW 溫度傳感芯片是采用半導體平面工藝，基于水晶壓電晶體晶圓制造，如

圖 2.4（a）所示，封裝后做成芯片的形式，如圖 2.4（b）所示。根據檢測使用的

環(huán)境不同，可以設計為多種形式的溫度傳感器探頭。

a) 傳感晶圓 b) 傳感芯片

圖 2.4 SAW 溫度傳感芯片

2.5 溫度傳感器探頭

SAW 傳感器檢測溫度是接觸式檢測，將傳感器探頭直接安裝在被測物體表

面，溫度通過銅固定件把熱量快速傳送給溫度傳感芯片，從而完成對溫度信號的

獲取。SAW 傳感器探頭的詳細技術參數如表 2.3 所示。

8

表 2.3 溫度傳感器探頭的詳細技術參數

序號 名稱 指標

1 工作方式 無線、無源測溫標簽

2 工作環(huán)境 溫度：-40℃～125℃；濕度：0%～95%

3 傳感器尺寸 約30mm×30mm×27.5mm

4 通信距離 2m

5 測溫范圍 -40℃～125℃

6 溫度分辨率 0.1℃

7 測量誤差 ≤±2℃

8 使用壽命 ≥20年

墊片型傳感器探頭：主要應用于環(huán)網柜 T 型頭、絕緣套管內部接頭測溫。

表帶型傳感器探頭：主要應用于環(huán)網柜觸臂位置測溫。

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2.6 上位機軟件

上位機軟件可以同時讀取多路傳感器探頭的溫度及信號強度數據，也可以對

采集器進行各種參數的設置和歷史記錄的讀取。

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3. 案例