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温度传感器类型、技术、定义以及操作理念

来源:发表时间:2019-04-29


      在您的日常生活和不同行业中,有许多情况需要了解环境温度,反应堆内部,电机绕组等。这个目标将通过使用温度传感器来实现。本文详细先容温度传感器类型、技术、定义以及操作理念。
温度传感器技术
      多年来,大家发明了不同的技术来测量不同特定应用中的温度。但为什么不同的技术?这是因为不同的应用程序使得每种特定情况下一种技术比其他技术更好,并且没有针对所有应用程序推荐的独特方法。您很可能已经听说过“RTD”,“热电偶”,“热敏电阻”,“半导体”型元件等,这些都将在此处讨论。
温度变送器
      在我详细讨论这个主题之前,让大家看看“温度传感器”(温度传感器)是什么以及“温度变送器”是什么意思。通常,传感器或换能器是能够将一种类型的过程变量转换成我喜欢的信号类型的物理设备。为了详细说明这个广义句子,让我举个例子。温度,压力,流量等是一些过程变量,实际上,它们是大家现实世界的物理特征。凭借现代技术和上个世纪电气工程的巨大进步,大家希翼将每个可测量的过程值转换为电信号,温度传感器是一种将温度转换为电信号的设备,无论多么微小这个信号的数量可能是!

 


      到目前为止,我采取了一个很大的“第一步”,即将“温度”转换为“电信号”。基于不同的传感器技术,该信号可能具有不同的范围,对于工业应用,我需要将我的信号限制在一些普遍接受的电信号“信号范围”。其中一些全球公认的电信号范围是:
      - 4至20毫安(4-20毫安)
      - 1至5伏(1-5 V)
      - 零至十伏(0-10 V)
      “ 温度变送器 ”是一种将“温度传感器”的微小输出转换为这些标准信号范围之一的装置。


电阻温度检测器(RTD)
      现在让大家回到不同的“温度传感器”技术。RTD或“电阻温度检测器”是一种电阻随温度变化的装置。由于它是“无源”器件,因此应对其施加外部电流,然后测量其上的电压降。该电压是温度的良好指示。当将这种设备称为“无源”时,意味着该设备需要外部电流(或电压)源。


      说明显而易见的是,大量外部电流会导致RTD电阻器功耗并导致过热,因此要避免这种类型的误差,应将电流保持在最低水平。该接线图显示了RTD的最简单应用,称为“双线”配置。更准确的读取需要3线或4线配置。实际上,温度感应点和测量系统之间的距离需要接线,而且由于真正的接线有自己的电阻,因此有些测量误差在此偷偷摸摸!开发了三线(3线)和四线(4线)解决方案以消除此错误。


      最常见的RTD之一是“PT100”,它由塑料薄膜上的铂薄膜组成,在32°F时显示出100Ω的电阻。其电阻随温度变化,通常可测量-330至1560°F的温度。PT100的电阻和温度之间的关系是相对线性的。


      PT100只是铂RTD的一个例子,在业界你可以找到适合各种应用的不同RTD类型,如铜,镍,镍铁等。
热敏电阻
热敏电阻是温度相关的电阻器,广泛用于工业用途,例如:
      - 过流保护
      - 自调节加热元件
      - 浪涌电流限制器


热敏电阻可以是NTC或PTC。
      在NTC(负温度系数)热敏电阻中,电阻随温度升高而降低。 NTC通常用作浪涌电流限制器。使用PTC(正温度系数)热敏电阻时,电阻随温度升高而增加。PTC热敏电阻通常用作过电流保护和可复位保险丝。


热电偶
      热电偶或简称“TC”由连接在一起的一对特定的不同导线组成,形成“传感点”或“连接点”。基于称为“热电效应”的物理特性,当该结处于不同温度时,产生不同的毫伏信号,其可被说明为温度的指示。


      与RTD相比,热电偶是自供电的,不需要外部激励电流源。热电偶通常用于熔炉,燃气轮机燃烧室,高温排气管等。热电偶的主要限制是“精度”,这使其成为精确应用的最佳解决方案。


      此外,热电偶需要一个称为“冷端”的参考测量点。热电偶接头经常暴露在极端环境中,而冷接点通常安装在仪器位置附近。


      根据温度测量的“范围”,“灵敏度”以及每种应用中的一些其他因素,可以使用不同类型的热电偶,例如E,J,K,M,N,T等。
      例如,“J”型由“铁 - 康铜”组合组成,范围为-40°F至+ 1380°F,灵敏度约为27.8μV/°F。而“K”型(Chromel-Alumel)是最常见的通用热电偶之一,灵敏度约为22.8μV/°F。
      K型价格低廉,可在-330°F至+ 2460°F的工作范围内使用各种探头。


      由于热电偶的功能基于不同类型导体中的热电效应,当热电偶的位置远离“测量仪器”(例如电子发射器)时,应使用适当类型的导体用于扩展目的。否则,热电偶产生的微小信号会在热电偶线连接到延长线时加上一些误差!
半导体温度传感器
      “半导体温度传感器”基于以下事实:半导体的pn组合上的结电压,如二极管结或常规晶体管的“基极 - 发射极”结,是温度的函数。
该技术广泛用于电子设备和IC技术。
      线性特性,小尺寸和低成本是该技术的优点,但应注意的是,约-40°F至248°F的有限范围使其适用于特定应用。
      除了技术奖金 - 马力比较之外,有时成本是选择合适设备的关键因素,正如他们所说:“金钱会谈!”
温度传感器的比较
      为了结束这个视频,不同类型的温度传感器技术之间的比较是一个多方面的任务。例如,如果“精度”被认为是关键性能指标,通常RTD优于热电偶; 准确度大约高出10倍。
      从“灵敏度”的角度来看,虽然RTD和热电偶都能以相似的成本快速响应温度变化,但热电偶往往更快。如果我必须测量电子PCB和/或IC温度,基于硅的类型是最佳选择。
      除了技术奖金 - 马力比较之外,有时成本是选择合适设备的关键因素,正如他们所说:“金钱会谈!”

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