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      如何選擇與應用相匹配的溫度傳感器類型

      發布時間:2019-12-24??????發布人:澤天公司??????點擊:

      一種完美(理想)的溫度傳感器必須具有這么幾個特點:對所測量的介質沒有影響;非常精確;響應即時;輸出易于調節。不管是哪種類型的溫度傳感器,都要考慮上述因素。不管測量什么,最重要的是要確保測量設備自身不會影響所測量的介質。進行接觸溫度測量時,這一點尤為重要。選擇正確的傳感器尺寸和導線配置是重要的設計考慮因素,以減少"桿效應"及其他測量錯誤。

      將對測量介質的影響降至最低之后,如何準確地測量介質就變得至關重要。準確性涉及傳感器的基本特性、測量準確性等。如果未能解決有關"桿效應"的設計問題,再準確的溫度傳感器也無濟于事。

      響應時間受傳感器元件質量的影響,還會受到導線的一些影響。溫度傳感器越小,響應速度越快。使用微處理器后可以更輕松地調節非線性輸出,因此傳感器輸出的信號調節也更不成問題。下表列出了不同溫度傳感器的特性

        NTC熱敏電阻 鉑熱電阻RTD 熱電偶 半導體
      傳感器結構 陶瓷  金屬氧化尖晶石 鉑繞線式  或金屬薄膜 熱電 半導體  連接點
      溫度范圍(常規) -100 ~ +325?C -200 ~ +650?C 200 ~ +1750?C -70 ~ 150?C
      準確性(常規) 0.05 ~ 1.5 ?C 0.1 ~ 1.0?C 0.5 ~ 5.0?C 0.5 ~ 5.0?C
      100?C時的  長期穩定性 0.2?C/年(環氧) 0.02?C/年(玻璃) 0.05?C/年(薄膜) 0.002?C/年(電線) 可變,某些類型會隨著 年限的變化而變化 >1?C/年
      輸出 NTC電阻 -4.4%/?C(常規) PTC電阻 0.00385Ω/°C 熱電壓 10μV ~ 40μV/°C 數字,各種輸出
      線性度 指數函數 相當線性 多數類型呈非線性 線性
      所需的電源 恒定電壓或電流 恒定電壓或電流 自供電 4 ~ 30 VDC
      響應時間 較快,0.12 ~ 10秒 一般較慢,1 ~ 50秒 較快,0.10 ~ 10秒 較慢,5 ~ 50秒
      對電噪聲的敏感度 相當不敏感, 僅對高電阻敏感 相當不敏感 敏感/冷端補償 很大程度上 取決于布局
      導線電阻影響 僅低電阻零件 很敏感。 需要三線或四線配置 對短期運行無影響。 需要TC延長線。 不適用
      成本 低到中 繞線式——高 薄膜——低

      上述主要類型的溫度傳感器的基本原理有所不同。每種傳感器的溫度范圍也有所不同。熱電偶系列的溫度范圍最廣,跨越多個熱電偶類型。精度取決于基本的傳感器特性。所有傳感器類型的精度各不相同,不過鉑元件和熱敏電阻的精度最高。一般而言,精度越高,價格就越高。

      長期穩定性由傳感器隨時間的推移保持其精度的一致程度來決定。穩定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是最穩定的傳感器。熱電偶和半導體的穩定性則最差。

      傳感器輸出依照類型而有所變化。熱敏電阻的電阻變化與溫度成反比,因此具有負溫度系數(NTC)。鉑等基金屬具有正溫度系數(PTC)。熱電偶的輸出較低,并且會隨著溫度的變化而變化。半導體通??梢哉{節,帶各種數字信號輸出。

      線性度定義了傳感器的輸出在一定的溫度范圍內一致變化的情況。熱敏電阻呈指數級非線性,低溫下的靈敏度遠遠高于高溫下的靈敏度。隨著微處理器在傳感器信號調節電路中的應用越來越廣泛,傳感器的線性度愈發不成問題。

      通電后,熱敏電阻和鉑元件都需要恒定的電壓或電流。功率調節對于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動加熱至關重要。電流調節對于半導體而言不太重要。熱電偶會產生電壓輸出。

      響應時間,即傳感器指示溫度的速度,取決于傳感器元件的尺寸和質量(假定不使用預測方法)。半導體的響應速度最慢。繞線式鉑元件的響應速度是第二慢的。鉑薄膜、熱敏電阻和熱電偶提供小包裝,因此帶有高速選件。玻璃微珠是響應速度最快的熱敏電阻配置。會導致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時的一個主要問題。在某些情況下,電阻極高的熱敏電阻可能是個問題。

      導線電阻可能會導致熱敏電阻或RTD等電阻式設備內出現錯誤偏差。使用低電阻設備(例如100Ω鉑元件)或低電阻熱敏電阻時,這種影響會更加明顯。對于鉑元件,使用三線或四線導線配置來消除此問題。對于熱敏電阻,通常會通過提高電阻值來消除此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導線,否則可能會引發錯誤。盡管熱電偶是最廉價、應用最廣泛的傳感器,但NTC熱敏電阻的性價比卻往往是最高的。下表列出了不同類型溫度傳感器的優勢和劣勢。

        NTC熱敏電阻 鉑RTD 熱電偶 半導體
      傳感器 陶瓷(金屬氧化尖晶石) 鉑繞線式或金屬薄膜 熱電 半導體 連接點
      優勢  靈敏度  精度  成本 堅固耐用 包裝靈活 密封 表面安裝 精度 穩定性 線性度 溫度范圍 自供電 不會自動加熱 堅固耐用 易于使用 板式安裝 堅固耐用 總成本
      劣勢 非線性 自動加熱 潮濕故障 (僅對于非玻璃設備) 導線電阻錯誤 響應時間 抗振 大小 包裝限制 冷端補償 精度 穩定性 TC延長線 精度 有限的應用 穩定性 響應時間

      每種溫度傳感器都有其優勢和劣勢。熱敏電阻的主要優勢是:靈敏度:熱敏電阻能隨非常微小的溫度變化而變化。精度:熱敏電阻能提供很高的絕對精度和誤差。成本:對于熱敏電阻的高性能,它的性價比很高。堅固性:熱敏電阻的構造使得它非常堅固耐用。靈活性:熱敏電阻可配置為多種物理形式,包括極小的包裝。密封:玻璃封裝為其提供了密封的包裝,從而避免因受潮而導致傳感器出現故障。表面安裝:提供各種尺寸和電阻容差。在熱敏電阻的劣勢中,通常只有自動加熱是一個設計考慮因素。必須采取適當措施將感應電流限制在一個足夠低的值,以便使自動加熱錯誤降低到一個可接受的值。非線性問題可通過軟件或電路來解決,會引發故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。所有溫度傳感器都有特定的優勢和劣勢。要確保項目取得成功,關鍵是讓溫度傳感器功能與應用相匹配。

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