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          溫度傳感器:優(yōu)勢和劣勢

          發(fā)布時間:2018-09-21 10:46   類型:基礎知識   人瀏覽

          溫度傳感器:優(yōu)勢和劣勢

          完美的溫度傳感器:

          • 對所測量的介質(zhì)沒有影響
          • 非常精確
          • 響應即時(在多數(shù)情況下)
          • 輸出易于調(diào)節(jié)

          不管是哪種類型的傳感器,所有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(zhì)。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(zhì)的影響降至最低之后,如何準確地測量介質(zhì)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,再準確的傳感器也無濟于事。

          響應時間受傳感器元件質(zhì)量的影響,還會受到導線的一些影響。傳感器越小,響應速度越快。
          YSI Temperature利用微珠技術生產(chǎn)出了某些響應最快的商用熱敏電阻。

          使用微處理器后可以更輕松地調(diào)節(jié)非線性輸出,因此傳感器輸出的信號調(diào)節(jié)也更不成問題。YSI 4800Linearizing Circuit允許對熱敏電阻的輸出實施單組件線性化。

          在各采購代理紛紛尋求最廉價的零件之時,工程師們卻認識到了傳感器"一分錢一分貨"的重要性。YSI熱敏電阻可為整體設計提供重要價值。

          傳感器特性
           

          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

          溫度范圍(常規(guī))

          -100 ~ +325?C -200 ~ +650?C 200 ~ +1750?C -70 ~ 150?C

          準確性(常規(guī))

          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(wěn)定性

          0.2?C/年(環(huán)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(guī))

          PTC電阻

          0.00385Ω/Ω/°C

          熱電壓

          10μV ~ 40μV/°C

          數(shù)字,各種輸出

          線性度

          指數(shù)函數(shù) 相當線性 多數(shù)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

          上述每種主要類型的傳感器的基本操作理論都有所不同。

          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(wěn)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(wěn)定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩(wěn)定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是最穩(wěn)定的傳感器。熱電偶和半導體的穩(wěn)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(shù)(NTC)。鉑等基金屬具有正溫度系數(shù)(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低,并且會隨著溫度的變化而變化。半導體通常可以調(diào)節(jié),附帶各種數(shù)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(nèi)一致變化的情況。熱敏電阻呈指數(shù)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(diào)節(jié)電路中的應用越來越廣泛,傳感器的線性度愈發(fā)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(diào)節(jié)對于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動加熱至關重要。電流調(diào)節(jié)對于半導體而言不太重要。熱電偶會產(chǎn)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(zhì)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(nèi)出現(xiàn)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(fā)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。

          傳感器的優(yōu)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(yōu)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(wěn)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(wěn)定性
          • ? TC延長線
          • ? 精度
          • ? 有限的應用
          • ? 穩(wěn)定性
          • ? 響應時間

           

          每種傳感器都有其優(yōu)勢和劣勢。熱敏電阻的主要優(yōu)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(xiàn)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(fā)故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。

          所有傳感器都有特定的優(yōu)勢和劣勢。要確保項目取得成功,關鍵是讓傳感器功能與應用相匹配。如果您在確定熱敏電阻是否是最佳設計選件方面需要獲得幫助,請聯(lián)系YSI Temperature應用工程師。

          經(jīng)Measurement Specialties許可復制

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