自(zì)動化(huà)儀表(biǎo)知識(shí)百科(kē):自動化(huà)儀(yí)器(qì)儀表基礎(chǔ)知(zhī)識,技術方案(àn)
更(gēng)新時間(jiān):2022年12月05日
| NTC熱敏(mǐn)電(diàn)阻 | 鉑(bó)RTD | 熱(rè)電偶 | 半(bàn)導體 | |
|---|---|---|---|---|
| 傳感(gǎn)器 | 陶(táo)瓷(金屬(shǔ)氧(yǎng)化尖晶石) | 鉑繞綫式或金(jīn)屬薄膜(mó) | 熱電熱 | 半導體 連接點(diǎn) |
| 優勢 | 靈敏度 精(jīng)度(dù) 成本(běn) 堅固耐(nài)用 包(bāo)裝靈(líng)活(huó) 密(mì)封 表(biǎo)麵(miàn)安裝 | 精(jīng)度 穩定(dìng)性(xìng) 綫性(xìng)度 | 溫(wēn)度範圍(wéi) 自供(gōng)電(diàn) 不(bù)會自動加熱 堅固耐用 | 易(yì)於使(shǐ)用 板(bǎn)式安裝 堅固(gù)耐(nài)用(yòng) 總(zǒng)成(chéng)本(běn) |
| 劣勢(shì) | 非綫性(xìng) 自動(dòng)加(jiā)熱 潮濕(shī)故障(zhàng) (僅對於(yú)非玻璃設備(bèi)) | 導綫(xiàn)電阻(zǔ)錯誤 響(xiǎng)應時間(jiān) 大小 包(bāo)裝限(xiàn)製 | 冷端(duān)補(bǔ)償 精度 穩(wěn)定(dìng)性 TC延長綫 | 精(jīng)度 有限(xiàn)的(dí)應用 穩定(dìng)性(xìng) 響應時(shí)間 |
靈(líng)敏度:熱敏電阻(zǔ)能隨(suí)分外(wài)很(hěn)是(shì)微(wēi)小的溫(wēn)度(dù)變化而(ér)變化(huà)。
精度(dù):熱敏電(diàn)阻(zǔ)能(néng)提供(gōng)很(hěn)高的絕對精(jīng)度和(hé)誤差。
成本:對於熱(rè)敏(mǐn)電阻的(dí)高(gāo)性能,它(tā)的(dí)性(xìng)價比很(hěn)高(gāo)。
堅固(gù)性:熱敏(mǐn)電(diàn)阻(zǔ)的構造(zào)使(shǐ)得它分(fēn)外很是堅固耐用(yòng)。
靈活(huó)性:熱敏電阻可(kě)配置(zhì)為多(duō)種物(wù)理形式(shì),包括(kuò)極小(xiǎo)的(dí)包裝(zhuāng)。
密封(fēng):玻璃封(fēng)裝(zhuāng)為其提(tí)供了密封(fēng)的包裝(zhuāng),從(cóng)而避(bì)免(miǎn)因(yīn)受潮而導致傳感(gǎn)器(qì)出(chū)現故障(zhàng)。
表麵(miàn)安(ān)裝:提供各(gè)種尺(chǐ)寸(cùn)和(hé)電(diàn)阻(zǔ)容(róng)差。
在(zài)熱敏(mǐn)電(diàn)阻的(dí)劣勢(shì)中,通常隻(zhī)有自動加熱(rè)是(shì)一個(gè)設計(jì)考(kǎo)慮(lǜ)因素。必須(xū)采(cǎi)取(qǔ)適(shì)當措施(shī)將感應(yīng)電流(liú)限製在一個(gè)足(zú)夠(gòu)低的值(zhí),以便使自動(dòng)加熱(rè)錯誤降低(dī)到(dào)一個可接受的(dí)值(zhí)。
非綫(xiàn)性(xìng)標題可通過軟件或電(diàn)路來解決,會(huì)引(yǐn)發(fā)故(gù)障(zhàng)的(dí)潮(cháo)濕標題可通過玻璃封(fēng)裝來解決。
所有傳(chuán)感(gǎn)器(qì)都有(yǒu)特定的(dí)優(yōu)勢(shì)和(hé)劣勢。要確保項目(mù)取得成(chéng)功(gōng),關(guān)鍵是讓(ràng)傳感(gǎn)器功能(néng)與應用相匹配。
完美(měi)的(dí)溫度傳感器:對(duì)所(suǒ)測(cè)量的(dí)介質沒(méi)有影(yǐng)響。
分外很是(shì)精確(què)
響應(yīng)即時(shí)(在(zài)多(duō)數(shù)情況(kuàng)下(xià))
輸出易(yì)於調(tiáo)節
不(bù)管(guǎn)是哪種類型的(dí)傳(chuán)感器,所有溫(wēn)度傳感(gǎn)器都(dū)要考慮上述(shù)因素。
不管測量(liáng)什麼,zui嚴重的是要(yào)確(què)保(bǎo)測量(liáng)設(shè)備(bèi)自身不會(huì)影(yǐng)響(xiǎng)所(suǒ)測量(liáng)的(dí)介(jiè)質。進(jìn)行接(jiē)觸溫(wēn)度測量(liáng)時,這一(yī)點尤為嚴重。選(xuǎn)擇正確(què)的(dí)傳感器尺寸和(hé)導(dǎo)綫配置是嚴重(zhòng)的(dí)設計考(kǎo)慮(lǜ)因(yīn)素,以減(jiǎn)少(shǎo)"杆效應(yīng)"及(jí)其他測量錯誤(wù)。
將對測量介質的影響(xiǎng)降(jiàng)至zui低之後(hòu),如何精(jīng)確(què)地(dì)測(cè)量介(jiè)質就(jiù)變得至(zhì)關嚴重(zhòng)。精確性涉(shè)及傳(chuán)感器(qì)的基(jī)本特性,測(cè)量(liáng)精確性等(děng)。如果未(wèi)能(néng)解(jiě)決(jué)有關"杆(gān)效應"的設計標題,再精確的傳(chuán)感器(qì)也無濟於事(shì)。
·響(xiǎng)應(yīng)時間受傳感器元件(jiàn)質(zhì)量的影(yǐng)響,還會受到導綫的一(yī)些(xiē)影響(xiǎng)。傳感(gǎn)器越小(xiǎo),響(xiǎng)應速(sù)度越快。
| NTC熱(rè)敏電阻(zǔ) | 鉑RTD | 熱(rè)電偶 | 半(bàn)導(dǎo)體 | |
|---|---|---|---|---|
| 傳(chuán)感(gǎn)器(qì) | 陶瓷 金(jīn)屬氧(yǎng)化(huà)尖(jiān)晶石(shí) | 鉑繞綫式(shì) 或金屬薄膜 | 熱(rè)電偶 | 半導體 連接點 |
| 溫(wēn)度(dù)範圍(常規) | -100 ~ +325℃ | -200 ~ +650℃ | 200 ~ +1750℃ | -70 ~ 150℃ |
| 精(jīng)確性(常(cháng)規(guī)) | 0.05 ~ 1.5 ℃ | 0.1 ~ 1.0℃ | 0.5 ~ 5.0℃ | 0.5 ~ 5.0℃ |
| 100℃時的(dí)長期穩定性(xìng) | 0.2℃/年(nián)(環氧) 0.02℃/年(玻(bō)璃(lí)) | 0.05℃/年(nián)(薄膜(mó)) 0.002℃/年(nián)(電(diàn)綫) | 可變(biàn),某(mǒu)些類型(xíng)會隨著(zhuó)年限(xiàn)的變化(huà)而(ér)變化 | >1℃/年 |
| 輸出(chū) | NTC電(diàn)阻 -4.4%/℃(常規) | PTC電阻(zǔ) 0.00385Ω/Ω/°C | 熱電壓 10μV ~ 40μV/°C | 數(shù)字,各種(zhǒng)輸(shū)出 |
| 綫(xiàn)性度(dù) | 指(zhǐ)數函數(shù) | 相等綫性 | 多數類型(xíng)呈非(fēi)綫(xiàn)性 | 綫(xiàn)性(xìng) |
| 所需的電源 | 恒定(dìng)電壓(yā)或電流(liú) | 恒定(dìng)電(diàn)壓或電(diàn)流 | 自供(gōng)電 | 4 ~ 30 VDC |
| 響應(yīng)時(shí)間 | 較(jiào)快,0.12 ~ 10秒(miǎo) | 一般較(jiào)慢(màn),1 ~ 50秒 | 較(jiào)快,0.10 ~ 10秒 | 較(jiào)慢(màn),5 ~ 50秒 |
| 對(duì)電噪聲的敏感度(dù) | 相等(děng)不(bù)敏感, 僅對(duì)高(gāo)電阻(zǔ)敏(mǐn)感 | 相(xiāng)等不敏(mǐn)感 | 敏(mǐn)感(gǎn)/冷端補(bǔ)償 | 很大程(chéng)度上 取決於布局 |
| 導(dǎo)綫(xiàn)電阻影(yǐng)響(xiǎng) | 僅低電(diàn)阻(zǔ)零件(jiàn) | 很敏感(gǎn)。 需(xū)要三(sān)綫或(huò)四(sì)綫(xiàn)配(pèi)置 | 對(duì)短(duǎn)期運(yùn)行無影響(xiǎng)。 需要TC延(yán)長綫(xiàn)。 | 不(bù)適用(yòng) |
| 成(chéng)本(běn) | 低到中(zhōng) | 繞(rào)綫(xiàn)式——高 薄膜——低 | 低 | 中 |
上述每種(zhǒng)緊張類(lèi)型的傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)基(jī)本操作(zuò)理論(lùn)都有所(suǒ)不同(tóng)。
每(měi)種傳感器(qì)的(dí)溫度範圍也(yě)有所(suǒ)不同。熱(rè)電偶係列的溫(wēn)度範(fàn)圍(wéi)zui廣(guǎng),跨越多個(gè)熱電(diàn)偶(ǒu)類型。精度取(qǔ)決於基本的(dí)傳感器特性(xìng)。所有傳感器(qì)類(lèi)型(xíng)的精(jīng)度(dù)各不(bù)相通(tōng),不過鉑(bó)元(yuán)件和(hé)熱敏電阻的精度zui高(gāo)。一般(bān)而言(yán),精(jīng)度越高,價格(gé)就越高。
長期穩定(dìng)性由(yóu)傳(chuán)感(gǎn)器隨時間的推(tuī)移保(bǎo)持其(qí)精(jīng)度(dù)的劃一程度來(lái)決定(dìng)。穩(wěn)定性(xìng)由(yóu)傳感器的(dí)基本物(wù)理(lǐ)屬性(xìng)決定。高溫(wēn)通常會降低(dī)穩定性。鉑和玻璃封裝(zhuāng)的繞(rào)綫式熱(rè)敏(mǐn)電阻是zui穩定的(dí)傳感(gǎn)器(qì)。熱電偶和(hé)半導(dǎo)體(tǐ)的穩定性(xìng)則zui差(chà)。
傳感器輸出依(yī)照(zhào)類型而有(yǒu)所(suǒ)變(biàn)化。熱敏電(diàn)阻的電阻(zǔ)變(biàn)化(huà)與溫(wēn)度成反(fǎn)比(bǐ),因此(cǐ)具有(yǒu)負(fù)溫度係數(NTC)。鉑等(děng)基金(jīn)屬(shǔ)具有(yǒu)正(zhèng)溫度係數(shù)(PTC)。熱(rè)電(diàn)偶的千(qiān)伏輸出(chū)較低,並且會(huì)隨著溫度的(dí)變(biàn)化而(ér)變化。半導體(tǐ)通常可(kě)以調節,附(fù)帶各(gè)種(zhǒng)數字信(xìn)號(hào)輸(shū)出。
綫(xiàn)性(xìng)度定義了(liǎo)傳感器的輸(shū)出(chū)在(zài)一定的溫度範(fàn)圍內劃一變化(huà)的(dí)情況。熱敏電阻(zǔ)呈指數(shù)級(jí)非綫性(xìng),低溫下(xià)的靈敏度遠遠高於(yú)高(gāo)溫(wēn)下的(dí)靈敏度。隨(suí)著微(wēi)處(chǔ)理(lǐ)器在傳(chuán)感器信號調(tiáo)節電路中的應(yīng)用越來(lái)越(yuè)廣(guǎng)泛,傳感(gǎn)器的(dí)綫(xiàn)性度愈(yù)發不成(chéng)標題(tí)。
通(tōng)電後(hòu),熱敏電阻和(hé)鉑(bó)元件都需要恒定的(dí)電壓或(huò)電(diàn)流(liú)。功率調節(jié)對於(yú)控製(zhì)熱(rè)敏(mǐn)電阻(zǔ)或鉑(bó)RTD中(zhōng)的自(zì)動加(jiā)熱(rè)至關(guān)嚴重。電流(liú)調節(jié)對於(yú)半(bàn)導(dǎo)體而言不太(tài)嚴重。熱電(diàn)偶會產(chǎn)生電壓(yā)輸出。
響應時間,即傳(chuán)感器指示溫度的(dí)速(sù)度(dù),取決(jué)於傳感器(qì)元(yuán)件的尺(chǐ)寸(cùn)和質(zhì)量(假(jiǎ)定不(bù)使(shǐ)用(yòng)瞻望(wàng)方法)。半導體(tǐ)的響應速度(dù)zui慢。繞(rào)綫式鉑元(yuán)件(jiàn)的響應(yīng)速度(dù)是第二慢的。鉑薄膜(mó),熱敏電阻和熱電(diàn)偶(ǒu)提供(gōng)小包裝,因此(cǐ)帶有高(gāo)速(sù)選件。玻(bō)璃微珠是響應速度zui快的熱(rè)敏(mǐn)電(diàn)阻(zǔ)配置。
會(huì)導(dǎo)致(zhì)溫度(dù)指示(shì)有(yǒu)誤(wù)的電(diàn)噪(zào)聲是(shì)使用(yòng)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)時(shí)的(dí)一(yī)個(gè)緊張(zhāng)標(biāo)題(tí)。在某些情(qíng)況下,電(diàn)阻(zǔ)極(jí)高的(dí)熱敏電阻(zǔ)可能(néng)是個標題。
導綫(xiàn)電(diàn)阻(zǔ)可(kě)能(néng)會導致熱敏電阻(zǔ)或RTD等電阻(zǔ)式設備(bèi)內出(chū)現錯(cuò)誤(wù)偏差(chà)。使(shǐ)用(yòng)低電阻(zǔ)設(shè)備(bèi)(例(lì)如100Ω鉑元(yuán)件)或(huò)低(dī)電阻熱敏電阻(zǔ)時(shí),這種影響(xiǎng)會(huì)更(gēng)加明(míng)顯(xiǎn)。對於鉑元(yuán)件,使(shǐ)用(yòng)三綫或四綫導綫(xiàn)配置來消除(chú)此(cǐ)標(biāo)題。對(duì)於熱(rè)敏電阻,通(tōng)常(cháng)會通(tōng)過提高電阻值來消(xiāo)除此(cǐ)影(yǐng)響(xiǎng)。熱(rè)電偶(ǒu)必(bì)須(xū)使用(yòng)相(xiāng)通材料的(dí)延長綫和(hé)連(lián)接(jiē)器(qì)作為導綫,否則可(kě)能(néng)會(huì)引發錯誤(wù)。
盡管熱(rè)電偶是zui廉價,應用(yòng)zui廣(guǎng)泛的傳(chuán)感(gǎn)器(qì),但NTC熱敏電(diàn)阻(zǔ)的性價(jià)比(bǐ)卻(què)往(wǎng)往是zui高(gāo)的(dí)。