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如何為工業(yè)應(yīng)用選擇較佳的溫度傳感器

在工業(yè)環(huán)境中，高過程溫度、壓力和振動(dòng)使得有必要使用堅(jiān)固的溫度傳感器。還需要快速響應(yīng)時(shí)間、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。雖然有多種類型的溫度傳感器可用，例如熱敏電阻、紅外高溫計(jì)、光纖等，但過程測量行業(yè)中最常用的兩種是電阻溫度檢測器 (RTD) 和熱電偶 (TC)等工業(yè)溫度傳感器。

RTD 提供的靈敏度（可檢測到的最小溫度變化）、可重復(fù)性和漂移比熱電偶好一個(gè)數(shù)量級，如表 1-1 所示。閾值靈敏度和可重復(fù)性是精度的三個(gè)最重要組成部分中的兩個(gè)。另一個(gè)最重要的組成部分，分辨率，由發(fā)射器設(shè)置。漂移對于延長校準(zhǔn)和在正確設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的溫度回路之間的時(shí)間很重要。
此表中的數(shù)據(jù)可追溯到 1970 年代，因此不包括熱電偶傳感元件技術(shù)和優(yōu)質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)等級的改進(jìn)。然而，差異是如此巨大，以至于信息仍然相同。表中顯示的 RTD 溫度范圍是樂觀的。在溫度高于 500°C 時(shí)，傳感器護(hù)套絕緣電阻的變化會(huì)導(dǎo)致 10°C 或更多的誤差。熱電偶有許多公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)，但如果您更仔細(xì)地檢查它們，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它們并不像工業(yè)過程中所認(rèn)為的那么重要。熱電偶比 RTD溫度傳感器更堅(jiān)固。

然而，良好的熱套管設(shè)計(jì)和良好的安裝實(shí)踐使 RTD溫度傳感器足夠堅(jiān)固，即使對于高速流和核應(yīng)用也是如此。熱電偶似乎更便宜，直到您開始包括延長引線的成本以及因傳感器靈敏度和可重復(fù)性較低而產(chǎn)生的額外過程可變性的成本。不考慮在分布式控制系統(tǒng) (DCS) 中使用 TC 或 RTD溫度傳感器輸入卡的情況，因?yàn)檫@些輸入卡引入的誤差為跨度百分比很大，并且單個(gè)傳感器偏移和漂移誤差無法單獨(dú)糾正，因?yàn)樗鼈兪桥鋫鋵Ｓ?u>溫度變送器。

表1-1 感溫元件的精度、量程和尺寸

IEC 751 標(biāo)準(zhǔn)描述了鉑 RTD溫度傳感器的電阻與 RTD溫度傳感器承受的溫度之間的理想關(guān)系。實(shí)際 RTD溫度傳感器曲線與理想 RTD溫度傳感器曲線之間的差異會(huì)導(dǎo)致測量誤差，稱為傳感器互換性誤差。Callendar-Van Dusen 方程提供了 IEC 751 標(biāo)準(zhǔn)的替代方案。

可以將該等式編程到變送器中，以便變送器可以使用實(shí)際的 RTD溫度傳感器曲線而不是理想曲線（例如，IEC 751 標(biāo)準(zhǔn)）將傳感器的電阻信號轉(zhuǎn)換為溫度值。Callendar-Van Dusen 方程使變送器校準(zhǔn)與傳感器匹配。當(dāng)更換傳感器時(shí)，方程的參數(shù)被輸入到變送器中。選擇 RTD 或 T/C 的主要原因可總結(jié)在以下列表中。在所有情況下，假定使用現(xiàn)場溫度變送器而不是 DCS TC 或 RTD 輸入卡。

為什么使用 RTD 而不是 TC？
●RTD 具有更好的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。
●RTD 信號不易受噪聲影響（更高的信噪比）。
●RTD 在溫度范圍內(nèi)具有更好的線性度。
●RTD 可以使用 Callendar-Van Dusen 方程來提供發(fā)射器-傳感器匹配
●冷端補(bǔ)償和相關(guān)誤差與 RTD 無關(guān)。
●RTD 漂移是可預(yù)測的，而 T/C 漂移是不穩(wěn)定且不可預(yù)測的。此外，高溫下的元素中毒和氧化會(huì)導(dǎo)致 TC 漂移誤差很大。
●由于機(jī)械沖擊、中毒和溫度循環(huán)，影響 RTD 或 TC 輸出的變化會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生。這些變化可以通過在線 RTD 校準(zhǔn)來消除，該選項(xiàng)不適用于 TC。
●RTD 不需要特殊的延長線。

為什么使用 TC 而不是 RTD？
●TC 在更高溫度（高于 1100 °F [593 °C]）下的功能比 RTD 更好。
●在常見溫度范圍內(nèi)，TC 傳感器比 RTD 便宜。對于集成安裝的變送器，TC 的總安裝成本較低。
●TC 具有比 RTD 更快的響應(yīng)時(shí)間，但這只是在非?？焖俚臏囟冗^程（過程時(shí)間滯后 < 10 秒）中裸元件的一個(gè)考慮因素。
您現(xiàn)在應(yīng)該認(rèn)識到在選擇溫度傳感器時(shí)漂移、閾值靈敏度、可重復(fù)性和范圍的重要性。這些知識提供了基本的第一步，即設(shè)置控制回路的能力，以將溫度和因此許多成分保持在其最佳工作點(diǎn)。這里的原理可以擴(kuò)展到其他傳感器。在下一篇文章中，我們將介紹下一步，即傳感器安裝。