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温度传感器有哪几种
来源:中国数控机床网   发表时间:2020/11/28 15:36:00  浏览次数:
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在工业控制中,感知就是依靠各种传感器完成的。从这个系列开始,我们将开始了解各种工业中用到的传感器,包括温度、压力、流量、速度等。

温度

无论是生活还是工业运用中,有很多情况需要知道温度这个物理量,例如 锅炉,反应堆,电机,冷库等。

人类为了测量温度发明了各种不同的技术。但为什么测量温度要使用不同的技术呢?

这是一个好问题,因为没有一种技术是能应对所有的场合。介绍四种传统的温度传感器:

  • RTD
  • 热电偶
  • 热敏电阻
  • 半导体测温元件

RTD

RTD或“电阻温度检测器”是一种电阻随温度变化的器件。

既然它是被动装置,是通过施加外部电流然后测量它两端的电压。电压是温度的良好指示。当说一个装置是被动时,这意味着器件需要使用外部电流(或电压)源。这也就是连接RTD的模块有正负的原因。

根据欧姆定律,大电流会导致RTD电阻产生热量,所以为了避免这种错误,电流应保持在最低水平。

上图显示了RTD的三种接线方式,最简单称为“2线制”。但因为温度测量点和模块之间的导线有电阻,误差便会在这里产生。为了更准确的测量于是就有了 3线制或4线制,用以消除误差。

误差大小 2线>3线>4线,4线制的误差最小

最常见的RTD之一是“PT100”,它由一层铂金薄膜组成在塑料薄膜上,在0℃时显示出100Ω的电阻。它的电阻随温度变化它通常可以测量-201℃到849℃。PT100的电阻和温度之间的关系是相对线性的。

PT100使用的是铂,同样的原理针对不同的用途,很多装置也使用铜,镍,镍铁等热敏电阻 ,如过流保护,自调节加热元件,浪涌电流限制器等。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”限流器。并配有PTC(正温度系数)热敏电阻,电阻随温度升高而增加。PTC热敏电阻通常用作“过电流保护”以及可复位的保险丝。

热电偶

热电偶或简称“TC”由一对连接在一起的特定异种线组成,形成“感应点”或“连接点”。

基于称为“热电效应”的物理特性,当这个交叉点放置在不同的温度时,产生不同的毫伏信号对应不同的温度。与RTD相比,热电偶是测量和供电同线的,两个接线端,不同于RTD的4个接线端。热电偶通常用于熔炉,燃气轮机燃烧室,高温排气管等场合。

如果需要准确测量的场合,使用热电偶并不合适。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,而冷端通常安装在仪器附近。

基于温度测量的“范围”,每个运用中的“敏感性”和其他一些因素,有不同类型的热电偶可供选择,例如E,J,K,M,N,T等。例如,类型“J”由“Iron-Constantan”组合组成范围为-40°F至+1380°F和灵敏度约为27.8μV/°F。类型“K”(Chromel-Alumel)是最常见的通用热电偶之一灵敏度约为22.8μV/°F。K型价格便宜,可提供各种探头在-201℃至1348℃的工作范围内。由于热电偶的功能基于热电效应在不同类型的导体中,当热电偶的位置远离“测量仪器”时(例如锅炉),应选择适当类型的导线连接。否则,热电偶产生的微小信号会因为导线更不准确!

半导体温度传感器

半导体温度传感器基于PN组合半导体。

该技术广泛用于电子设备,例如电池温度的监控。该传感器的优点是 线性特性,小尺寸和低成本。但应该注意的是,这种传感器的测量范围只有-40℃到120℃

总结

从“精确度”来看,通常RTD比热电偶高,大约高出10倍。

从“敏感性”的角度来看,RTD和热端偶对温度变化反应迅速,但热电偶成本更低

如果我们要测量电子PCB和/或IC温度,半导体温度传感器很合适。并且它的成本最低。

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