///专业行业工业传感测量负责人编号///
/前言/
无论传感器类型如何,所有温度传感器都应考虑以下四个因素:
对被测介质没有影响。
无论你测量什么,最重要的是保证测量设备本身不会影响被测介质。这在测量接触温度时尤为重要。选择正确的传感器尺寸和导线配置是减少“杆效应”和其他测量误差的重要设计考虑因素。
非常准确
在对测量介质的影响最小化后,如何准确测量介质变得非常重要。精度涉及传感器的基本特性、测量精度等。如果‘棒效应’的设计问题解决不了,传感器再精确也无济于事。
立即响应(大多数情况下)
响应时间受传感器元件质量的影响,也受一些导线的影响。一般传感器越小,响应速度越快。
输出易于调整
使用微处理器后,非线性输出更容易调节,因此传感器输出的信号调节不成问题。
/传感器的特性分析/
上述主要类型的传感器的基本工作原理各不相同,各有特点:
温度范围
每个传感器的温度范围也不同。热电偶系列具有最宽的温度范围,涵盖多种热电偶类型。
精确
精度取决于传感器的基本特性。所有传感器类型的精度都不一样,但铂元件和热敏电阻的精度最高。一般来说,准确度越高,价格越高。
长期稳定性
这是由传感器精度随时间的一致性决定的。稳定性由传感器的基本物理特性决定。高温通常会降低稳定性。而铂玻璃封装的线绕热敏电阻是最稳定的传感器。而热电偶和半导体的稳定性最差。
输出变化
传感器输出因类型而异。热敏电阻的电阻变化与温度成反比,因此具有负温度系数(NTC)。铂基金属具有正温度系数。热电偶的千伏输出较低,会随着温度的变化而变化。半导体通常可以通过各种数字信号输出进行调节。
线性
线性定义了传感器输出在一定温度范围内均匀变化的情况。热敏电阻呈指数非线性,低温下的灵敏度远高于高温下的灵敏度。随着微处理器在传感器信号调理电路中的广泛应用,传感器的线性度不再是问题。
电压或电流
通电后,热敏电阻和铂元件都需要恒定的电压或电流。功率调节对于控制热敏电阻或铂RTD自动加热非常重要。电流调节对半导体来说不太重要。热电偶将产生电压输出。
响应时间
也就是说,传感器指示温度的速度取决于传感器元件的尺寸和质量(假设不使用预测方法)。半导体的响应速度最慢,线绕铂元件的响应速度第二慢。铂膜、热敏电阻和热电偶采用小型封装,因此它们有高速选项。玻璃珠是响应最快的热敏电阻配置。
误差偏差
使用热电偶时,会导致温度指示不正确的电气噪声是一个主要问题。在某些情况下,电阻极高的热敏电阻可能是一个问题。
导线可能会导致热敏电阻或RTDS电阻等电阻器件出现错误偏差。当使用低电阻设备(如100铂电阻)或低电阻热敏电阻时,这种效果会更明显。对于铂金组件,使用三线或四线导线配置来消除此问题。对于热敏电阻,这种影响通常通过增加电阻值来消除。热电偶必须使用与引线相同材料的延长线和连接器,否则可能会导致错误。
性价比
虽然热电偶是最便宜、应用最广泛的传感器,但NTC热敏电阻的性价比始终是最高的。
lign: center;">/ 传感器的优势和劣势对比 /
热电偶传感器
热电偶传感器是一种自发电式传感器,测量时不需要外加电源,直接将被测量转换成电势输出,使用十分方便。它的测温范围很广:-270℃~2500℃,并具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
热电偶传感器的缺点是灵敏度比较低,容易受到环境的信号干扰,也容易受到前置放大器温漂的影响,不适合测量微小的温度变化。
热电偶传感器的灵敏度与材料的粗细无关,非常细的材料也能够做成温度传感器。由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件有极高的响应速度,可以测量快速变化的过程。
(赫斯曼接线型一体化温度传感器)
对一般的工业应用来说,为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损,总是装在厚厚的护套里面,外观显得笨大,对于温度的反应也迟缓得多。使用热电偶的时候,必须消除环境温度对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中,有的使用冷端补偿抵消这种影响。当测量点远离仪表时,还需要使用补偿导线。
因此选择热电偶时需考虑下列因素:1、被测温度范围;2、所需响应时间;3、连接点类型;4、热电偶或护套材料的抗化学腐蚀能力;5、抗磨损或抗振动能力;6、安装及限制要求等。
热敏电阻
热敏电阻(即“温度敏感型电阻器”)是一种高精度经济型温度测量传感器。按照温度系数分为NTC(负温度系数)和PTC(正温度系数)两种类型,NTC热敏电阻通常用于温度测量。
主要优势是:灵敏度:热敏电阻能随非常微小的温度变化而变化。精度:热敏电阻能提供很高的绝对精度和误差。成本:对于热敏电阻的高性能,它的性价比很高。坚固性:热敏电阻的构造使得它非常坚固耐用。灵活性:热敏电阻可配置为多种物理形式,包括极小的包装。密封:玻璃封装为其提供了密封的包装,从而避免因受潮而导致传感器出现故障。表面安装:提供各种尺寸和电阻容差。
(赫斯曼显示型一体化温度传感器)
热敏电阻的劣势中,通常只有自动加热是一个设计考虑因素。必须采取适当措施将感应电流限制在一个足够低的值,以便使自动加热错误降低到一个可接受的值。如果将热敏电阻暴露在高热中,将会导致永久性的损坏。
非线性问题可通过软件或电路来解决,会引发故障的潮湿问题可通过玻璃封装来解决。
电阻温度检测器(RTD)
RTD通常用铂金、铜或镍,它们的温度系数较大,随温度变化响应快,能够抵抗热疲劳,而且易于加工制造成为精密的线圈,尤其用铂金等金属制成时,RTD非常稳定,不受腐蚀或氧化的影响。RTD的测温原理是:纯金属或某些合金的电阻随温度的升高而增大,随温度降低而减小。电阻-温度变化关系最好是线性的,温度系数(温度系数的定义是单位温度引起的电阻变化)越大越好,而且要能够抵抗热疲劳,随温度变化响应灵敏。目前只有少数几种金属能够满足这样的要求。
(LLWD一体化温度传感器)
RTD还相对防止电气噪声,因此非常适合在工业环境中的温度测量,特别是在电动机、发电机及其它高压设备的周围使用。 RTD是目前最精确和最稳定的温度传感器。它的线性度优于热电偶和热敏电阻。但RTD也是响应速度较慢而且价格比较贵的温度传感器。因此,RTD最适合对精度有严格要求,而速度和价格不太关键的应用领域。