熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和熱電偶
最簡單的一類溫度傳感器是溫度影響電阻變化的溫度傳感器。使用這種類型的主傳感元件,一個簡單的歐姆表能夠用作溫度計,將電阻解釋為溫度測量:
熱敏電阻和RTD電路圖
熱敏電阻是由金屬氧化物制成的器件,其隨著溫度的升高(正溫度系數)而增加電阻,或者隨著溫度的升高而降低電阻(負溫度系數)。
RTD是由純金屬線(通常是鉑或銅)制成的器件,隨著溫度的升高,電阻總是增加。熱敏電阻和RTD之間的主要區(qū)別在于線性度:熱敏電阻是高靈敏度和非線性的,而RTD相對不敏感但非常線性。因此,通常在高精度不重要的地方使用熱敏電阻。許多消費級設備使用熱敏電阻作為溫度傳感器。
熱電偶是溫度傳感器。它們的工作原理是,當熱電偶的兩端處于不同的溫度時,兩種不同金屬(形成閉合電路)的連接產生可測量的電壓(電動勢)(見圖1)。由于熱電偶結構簡單且可靠性優(yōu)越,因此它們已被廣泛用作工業(yè)溫度傳感器。此外,將測量儀器(記錄儀,DCS,PLC等)連接到電路的一端可以測量電位差(電磁力)(見圖2)。
熱敏電阻
熱敏電阻是一種電阻器件,由金屬氧化物組成,形成珠子并封裝在環(huán)氧樹脂或玻璃中。
典型的熱敏電阻顯示出較大的負溫度系數。電阻隨溫度急劇下降并呈非線性下降。靈敏度是RTD的許多倍,但有用的溫度范圍是有限的。一些制造商提供具有正系數的熱敏電阻。也可提供線性化模型。
不同來源的熱敏電阻在性能和價格方面存在很大差異。典型的好處是:
傳感器成本低:基本熱敏電阻非常便宜。但是,具有更緊密互換性或擴展溫度范圍的型號通常比RTD成本更高。
高靈敏度:熱敏電阻每度溫度變化可以改變幾十歐姆的電阻,相比之下,RTD的電阻只有幾歐姆。
點感應:熱敏電阻磁珠可以制成針頭尺寸,用于小面積感應。
電阻溫度探測器(RTD)
RTD傳感元件由線圈或純金屬沉積膜組成。元件的電阻以已知且可重復的方式隨溫度增加。RTD在很寬的溫度范圍內具有出色的精度,是工業(yè)溫度傳感器中增長最快的部分。他們的優(yōu)勢包括:
溫度范圍: RTD型號的溫度范圍為-260至650°C(-436至1202°F)。
重復性和穩(wěn)定性:鉑電阻溫度計是美國國家標準與技術研究院使用的主要插值儀器,溫度范圍為-260至962°C。普通工業(yè)RTD通常漂移低于0.1°C /年。
靈敏度: RTD上的壓降提供比熱電偶大得多的輸出。
線性度:鉑和銅RTD比熱電偶或熱敏電阻產生更線性的響應??梢酝ㄟ^適當設計電阻橋網絡來校正RTD非線性。
系統(tǒng)成本低: RTD使用普通的銅延長引線,無需冷端補償。
標準化:制造商提供符合行業(yè)標準曲線的RTD,最常見的是100Ω鉑金,符合EN60751標準。
熱電偶
熱電偶由兩根異種金屬線焊接在一起形成一個結。在信號線的另一端,通常作為輸入儀器的一部分,是另一個稱為參考結的結點,其對環(huán)境溫度進行電子補償。加熱傳感結產生與兩個結之間的溫差成比例的熱電勢(emf)。當補償參考結的已知溫度時,該毫伏級電動勢指示感測尖端處的溫度。
熱電偶簡單而熟悉。然而,由于需要特殊的延長線和參考結補償,將它們設計到系統(tǒng)中變得復雜。熱電偶優(yōu)勢包括:
極高的溫度能力:帶有貴金屬接頭的熱電偶可以高達1800°C(3272°F)。
堅固耐用:熱電偶固有的簡單性使其能夠抵抗沖擊和振動。
小尺寸/快速響應:細線熱電偶結占用空間小,質量輕,適合點感應和快速響應。但請注意,許多RTD的時間常數比等效的熱電偶快。
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