完美的溫度傳感器:
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對所測量的介質(zhì)沒有影響
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非常精確
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響應即時(在多數(shù)情況下)
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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
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NTC熱敏電阻
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鉑RTD
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熱電偶
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半導體
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傳感器
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陶瓷
金屬氧化尖晶石
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鉑繞線式
或金屬薄膜
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熱電
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半導體
連接點
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溫度范圍(常規(guī))
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-100 ~ +325?C
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-200 ~ +650?C
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200 ~ +1750?C
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-70 ~ 150?C
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準確性(常規(guī))
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0.05 ~ 1.5 ?C
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0.1 ~ 1.0?C
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0.5 ~ 5.0?C
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0.5 ~ 5.0?C
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100?C時的
長期穩(wěn)定性
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0.2?C/年(環(huán)氧)
0.02?C/年(玻璃)
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0.05?C/年(薄膜)
0.002?C/年(電線)
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可變,某些類型會隨著
年限的變化而變化
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>1?C/年
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輸出
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NTC電阻
-4.4%/?C(常規(guī))
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PTC電阻
0.00385Ω/Ω/°C
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熱電壓
10μV ~ 40μV/°C
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數(shù)字,各種輸出
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線性度
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指數(shù)函數(shù)
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相當線性
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多數(shù)類型呈非線性
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線性
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所需的電源
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恒定電壓或電流
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恒定電壓或電流
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自供電
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4 ~ 30 VDC
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響應時間
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較快,0.12 ~ 10秒
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一般較慢,1 ~ 50秒
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較快,0.10 ~ 10秒
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較慢,5 ~ 50秒
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對電噪聲的敏感度
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相當不敏感,
僅對高電阻敏感
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相當不敏感
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敏感/冷端補償
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很大程度上
取決于布局
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導線電阻影響
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僅低電阻零件
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很敏感。
需要三線或四線配置
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對短期運行無影響。
需要TC延長線。
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不適用
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成本
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低到中
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繞線式——高
薄膜——低
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低
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中
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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
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NTC熱敏電阻
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鉑RTD
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熱電偶
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半導體
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傳感器
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陶瓷(金屬氧化尖晶石)
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鉑繞線式或金屬薄膜
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熱電
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半導體
連接點
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優(yōu)勢
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? 靈敏度
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? 精度
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? 成本
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? 堅固耐用
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? 包裝靈活
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? 密封
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? 表面安裝
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? 溫度范圍
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? 自供電
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? 不會自動加熱
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? 堅固耐用
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? 易于使用
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? 板式安裝
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? 堅固耐用
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? 總成本
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劣勢
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? 非線性
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? 自動加熱
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? 潮濕故障
(僅對于非玻璃設備)
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? 導線電阻錯誤
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? 響應時間
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? 抗振
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? 大小
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? 包裝限制
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? 冷端補償
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? 精度
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? 穩(wěn)定性
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? TC延長線
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? 精度
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? 有限的應用
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? 穩(wěn)定性
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? 響應時間
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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。
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