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專注航空、新能源汽車等新興行業(yè)溫度傳感器的研發(fā)及制造
選擇和使用溫度傳感器
熱電偶或電阻式溫度檢測器（RTD） - - emperature測量，大多數(shù)工業(yè)操作的一個重要部分，通常是由一個溫度傳感器來實現(xiàn)在與固體表面接觸或浸沒在流體中。盡管這些傳感器具有重疊的溫度范圍，但每個傳感器都具 有特定于應用的優(yōu)勢。
| 溫度傳感器選型指南 | ||
| 秒 | 熱電阻 | 熱電偶 |
| 溫度范圍 | ??200°C 至 850°C | ??190°C 至 1821°C |
| 秒 | ??328°F 至 1562°F | ??310°F 至 3308°F |
| 準確性 | ±0.001°F 至 0.1°F | ±1°F 至 10°F |
| 響應時間 | 中等 | 快速地 |
| 穩(wěn)定 | 長期穩(wěn)定 | 不太穩(wěn)定 |
| 秒 | <0.1% 誤差/5 年。 | 1°F 誤差/年。 |
| 線性度 | 最好 | 中等 |
| 靈敏度 | 高靈敏度 | 靈敏度低 |
在選擇用于特定應用的傳感器類型時，必須考慮幾個因素：溫度范圍、精度、響應時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。表 1 總結了這些。當靈敏度和應用靈活性是最重要的標準時，RTD 是首選傳感器。但是，在組件成本方面，RTD 比熱電偶貴。因此，為特定應用選擇完美的傳感器需要了解 RTD 和熱電偶的基礎知識。
RTD溫度傳感器 基礎知識
圖1。
電阻溫度檢測器有 2 線、3 線和 4 線配置，但它們的基本組件是相同的。這些傳感器測量由溫度變化引起的電阻變化。
RTD 的工作原理是電阻率隨溫度升高而增加。RTD 通常由鉑、鎳或銅制成。銅和鎳版本在較低的溫度范圍內運行，并且比鉑金便宜。鉑金是用途最廣泛的材料，因為它具有寬廣的溫度范圍（??200°C 至 850°C）、出色的重復性、穩(wěn)定性以及耐化學品和耐腐蝕性。鉑 RTD 有 100 (omega)、200 (omega)、500 (omega) 和 1000 (omega) 在 0°C 時的標稱電阻值，其中 100 (omega) 最受歡迎。
RTD 的基本結構非常簡單。傳感元件連接到引線并由絕緣體（例如玻璃、云母或陶瓷）支撐，放置在保護套內（見圖 1，）。檢測器提供 2 線、3 線和 4 線配置。
2 線版本非常適合傳感器直接連接到接收器以防止引線長度電阻誤差的應用，該問題導致開發(fā)更精確的 3 線和 4 線配置。
圖 2.
熱電偶通過檢測兩種不同金屬結點處的電壓變化來測量溫度。電壓隨著溫度的升高而升高。
當傳感器和接收儀器之間的距離很遠時，使用 3 線制單元。它們的精度雖然低于 4 線檢測器，但足以滿足許多工業(yè)應用的需求。
在 4 線配置中，一對引線為 RTD 提供激勵電流，另一對測量其兩端的電壓。這種技術顯著地最大限度地減少了引線電壓降并提供了高精度。
熱電偶基礎知識
熱電偶由兩種不同的金屬組成，在一端連接在一起，隨著溫度的變化產生電壓（以毫伏表示）。兩種金屬的連接點稱為感應連接點，連接到延長線（見圖 2）。任何兩種不同的金屬都可以用來制作熱電偶。在無數(shù)候選組合中，ISA 識別出 12 種。這些熱電偶類型中的大多數(shù)都以單字母命名；最常見的是J、K、T和E。熱電偶的成分是國際標準的，但它們的電線顏色代碼不同。例如，在美國，負極引線始終為紅色，而世界其他地方則使用紅色來表示正極引線。
熱電偶很容易引入測量誤差。由于熱電偶產生的電壓是由于兩種不同金屬的結合，因此將其他結引入電路會導致電壓變化，稱為冷結誤差。如果確定了連接處的溫度，則可以通過稱為冷端補償的過程來糾正這些錯誤。這是在接收設備（通常是信號調節(jié)器）上執(zhí)行的。
熱電偶還提供三種結類型：接地、不接地和外露。
圖 3.
熱電偶分為三種結類型。接地裝置的傳感結直接連接到探頭壁 (A)，確保從外部到結的良好傳熱。未接地類型 (B) 的連接點與探頭壁分離，導致響應時間比接地設備提供的響應時間慢。當需要快速響應時間時，外露熱電偶 (C) 的傳感結位于護套外部并暴露在環(huán)境中。
接地熱電偶的傳感結直接連接到探頭壁上。這導致從外部通過探頭壁到熱電偶結點的良好傳熱（見圖 3A）。
未接地的熱電偶的連接點與探頭壁分離。這種類型的響應時間比接地類型慢（參見圖 3B）。當響應時間是選擇熱電偶探頭類型的決定因素時，最好使用外露式熱電偶（見圖 3C）。在這種類型的探頭中，傳感結從護套尖端伸出并暴露在周圍環(huán)境中。未接地熱電偶提供最佳響應時間，但不能用于腐蝕性或加壓應用。
溫度測量決策可以決定過程的預期結果。為應用選擇正確的傳感器可能是一項艱巨的任務，但處理測量信號也非常關鍵。
信號調節(jié)器的作用
一旦選擇了溫度傳感器，就必須將其集成到控制系統(tǒng)中，該系統(tǒng)通?；?DCS 或 PLC。一種集成方法是將 RTD 或熱電偶引線直接連接到控制器。該技術需要專用的溫度轉換卡。多通道溫度卡可用于不同的控制器，但價格昂貴且不提供系統(tǒng)靈活性。
另一種方法，溫度信號調節(jié)器，因其提供的優(yōu)點而在行業(yè)中變得非常普遍：精度、抗噪/隔離、系統(tǒng)靈活性/診斷和成本節(jié)約。
準確性。溫度信號調節(jié)器的開發(fā)是為了保持傳感器輸出的完整性。它們的精度規(guī)格超過了 PLC 或 DCS 卡的規(guī)格。在測量點附近調節(jié)傳感器信號可防止由于熱電偶的熱梯度和 RTD 導線的電阻不平衡引起的誤差而導致信號劣化。
抗噪/隔離。熱電偶和 RTD 信號的電平非常低，因此非常容易受到噪聲的影響。信號調節(jié)器可以將這種低電平信號轉換為 4??20 mA 輸出，該輸出更不受噪聲影響并且可以運行更遠的距離。調節(jié)器還提供低通濾波，可防止高頻噪聲通過控制器。信號調節(jié)器還提供隔離，可防止因溫度測量中非常常見的接地環(huán)路問題而導致的不準確。
系統(tǒng)靈活性/診斷。信號調節(jié)器為控制系統(tǒng)提供了完全的靈活性。4??20 mA 測量信號可以直接發(fā)送到記錄儀或模擬卡。一些復雜的溫度調節(jié)器提供模擬和數(shù)字輸出，用于報警或緊急關閉。模塊還提供本地和遠程指示，以防斷線。
節(jié)約成本。直接連接到溫度卡的熱電偶或 RTD 線很昂貴，尤其是當人工、維護和故障排除會增加系統(tǒng)成本時。將溫度信號調節(jié)器與標準模擬和/或數(shù)字輸入卡結合使用可以顯著降低成本。
概括
溫度測量和控制從選擇合適的傳感器開始。通過在主控制器上游集成溫度信號調節(jié)器，傳感器信號變得有用且高度準確。由于其靈活性和可靠性，這種溫度控制方法正變得非常流行。電話/微信18717811268 黃工 郵箱 [email protected]
