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        重點概述關于選擇和連接溫度傳感器的基本原理

        發布時間:2019-07-25 08:52:32來源:


              電氣溫度測量用于各種行業。從熔化鋼到烘烤餅干,環境,所需的測量分辨率和精度以及溫度范圍可以變化很大,并且必須相應地選擇用于測量這些溫度的傳感器類型。本應用筆記討論了選擇和連接溫度傳感器的基本原理。
              在工業和嵌入式環境中,局部測量溫度并不總是切實可行的。通常,必須在一個位置遠程測量溫度,然后將其傳回計算機進行處理和記錄。這通常通過將熱電偶,熱電阻和熱敏電阻連接到遠程測量系統(例如以太網數據采集系統,或輕松嵌入的接口,例如智能傳感器接口)來測量傳感器來實現。發出信號并將結果數據發送到計算機。        
        熱電偶
              熱電偶是一種溫度傳感元件,可將熱能直接轉換為電能。在其基本形式中,它由兩個不同的金屬導體組成,這些導體以閉環連接。每個結形成一個熱電偶。如果一個熱電偶保持在與另一個熱電偶不同的溫度,則該電路將產生與該溫度成比例的電壓。熱電偶可互換,價格低廉,具有標準連接器,可以測量各種溫度。熱電偶的主要限制是它們的準確性; 系統誤差小于1°C可能難以實現。
        熱電效應
              1822年,物理學家Thomas Johann Seebeck意外地發現,當任何導體經受熱梯度時,它將產生電壓。任何測量此電壓的嘗試都需要將另一根導線連接到“熱”端。然后,這個額外的導體也將經歷溫度梯度,并產生與原始電壓相反的電壓; 這種效果的大小取決于使用的金屬。如果在兩個結處存在相同的溫度,則沒有電流流動,因為在兩個點處產生的分壓相互抵消。使用異種金屬來完成電路將產生不同的電壓,留下可用于測量的小差電壓,其隨溫度而增加。對于可用的金屬組合范圍,該差異通??稍?至70μV/℃之間。某些組合已成為行業標準,受成本,可用性,便利性,熔點,化學性質,穩定性和產量的驅動。
        連接熱電偶
              選擇熱電偶時,應考慮絕緣,熱電偶類型和探頭結構。
        熱電阻
              電阻溫度檢測器(熱電阻),也稱為鉑電阻溫度計(PRT)或電阻溫度計,是響應溫度變化以預定速率改變電阻的溫度傳感器。在600°C以下的許多工業應用中,熱電阻用于代替熱電偶,因為它們具有更高的靈敏度和精度。
        熱電阻類型
              -薄膜溫度計在基板上具有薄的鉑層(薄至1μm)。這種類型的熱電阻的優點是成本相對較低且響應快。盡管基板和鉑的不同膨脹率產生“應變計”效應和穩定性問題,但這種裝置的性能得到改善。
              -線繞式溫度計具有更高的精度,尤其適用于寬溫度范圍。線圈直徑在機械穩定性和允許線材膨脹之間提供折衷,以最小化應變和相應的漂移。
        熱電阻如何工作?
              與熱電偶相比,熱電阻具有更高的穩定性,精度和某些情況下的可重復性。雖然熱電偶使用熱電效應產生電壓,但熱電阻需要電源來操作和使用電阻。理想情況下,電阻隨溫度線性變化。
              由于其線性電阻 - 溫度關系以及其化學惰性,熱電阻通常使用鉑制成。鉑金檢測線需要防止污染,以保持穩定。生產商用鉑等級,其電阻變化為0.385Ω/°C(歐洲基本間隔)傳感器通常在0°C時具有100Ω的電阻。
              熱電阻需要通過小電流以確定電阻。這可能導致自熱,因此最小化電流以減少自熱誤差非常重要。還應注意避免熱電阻應用中的任何應變。應考慮引線電阻,采用三線和四線連接可消除測量引起的連接引線電阻效應。
        熱電阻接線配置
              -雙線配置 - 最簡單的熱電阻配置使用兩根線。它僅在不需要高精度時使用,因為連接線的電阻始終包含在傳感器的電阻中,從而導致信號錯誤。這同樣適用于平衡橋和固定橋系統。引線電阻的值只能在沒有電阻溫度計傳感器的單獨測量中確定,因此在溫度測量期間不可能進行連續校正。
              -四線配置 - 四線電阻溫度計配置進一步提高了被測電阻的精度和可靠性。標準雙端子熱電阻與另一對導線一起使用。一對攜帶激勵電流,而另一對攜帶得到的熱電阻電壓返回測量系統。第二對中沒有電流流過,因此引線電阻對精度沒有影響。
        熱敏電阻
              熱敏電阻是一種具有電阻的電阻器,其具有負或正溫度系數的電阻率。熱敏電阻由固體半導體材料組成,其電阻每°C降低4%。它們構造成各種尺寸,并且可以以毫秒或更短的熱時間常數獲得。熱敏電阻產生非線性電壓,因此限制在僅約100℃的有用溫度范圍內。
              熱敏電阻是最精確的溫度傳感器,?±0.02°C,也是最敏感的。它們的響應時間與熱電阻相比較短,與熱電偶大致相同。
        連接熱敏電阻
              熱敏電阻的電阻通常比任何引線電阻高幾個數量級。因此,引線電阻對溫度讀數的影響可忽略不計,而熱敏電阻幾乎總是以2線配置連接。

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