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针对热电偶、热电阻、热敏电阻的理论、类型以及注意事项全面概述

来源:发表时间:2019-06-21


      本文档详细先容了围绕三种温度测量传感器的操作理论,类型和注意事项。每个传感器选项热电偶,热电阻和热敏电阻 - 在其设计和操作理论上都是独一无二的。此外,每个传感器选项都有多种样式,适合不同的应用需求。通过了解这些变化及其对测量质量的潜在影响,您可以为您的应用选择合适的传感器。
热电偶
热电偶操作理论
      热电偶在称为塞贝克效应的原理下运行。当由不同金属制成的两根导线在一端连接并加热时,形成热电电路,该电路产生可测量的电压差,称为“冷”端的塞贝克电压。给定的金属配对的温度范围,灵敏度和误差根据这些金属的性质而变化。
热电偶
热电偶操作理论
      棋牌游戏平台wx14 com热电偶在称为塞贝克效应的原理下运行。当由不同金属制成的两根导线在一端连接并加热时,形成热电电路,该电路产生可测量的电压差,称为“冷”端的塞贝克电压。给定的金属配对的温度范围,灵敏度和误差根据这些金属的性质而变化。


图1:塞贝克效应的图示
      每种类型的热电偶都由独特的金属配对组成。您需要了解为温度测量选择的热电偶类型的操作规范。一些热电偶以非常非线性的电压 - 温度关系为代价提供宽温度范围,而其他热电偶提供更小(但更线性)的温度范围。
热电偶类型
      如上所述,您可以选择各种热电偶类型和结构。类型通常由字母名称定义,例如E,J或K.热电偶类型定义用于产生热电偶的金属; 因此,它还定义了热电偶的工作范围,精度和线性度。下图显示了各种热电偶类型在一定温度范围内的电压响应。


图2:不同热电偶类型的温度响应
      除热电偶类型外,还必须选择护套配置。其中一些选项如图3所示,包括接地,隔离,密封和暴露。


图3:热电偶护套的选项
      每种配置在响应时间,抗噪性和安全性方面都有优缺点。表1概述了每个配置选项的影响。


表1:热电偶结构配置概述
热电阻
热电阻操作理论
      热电阻或电阻温度检测器是有源测量设备,通过改变环境温度来改变电阻。热电阻通常由陶瓷或玻璃芯和薄金属绕组构成,其稳定性通常为铂金。


图4:基本电阻温度计组件
      替代配置使用不同的绝缘和/或缠绕材料,这导致不同的性能和温度范围。另一种选择,即薄膜热电阻,由绝缘材料层之间的薄金属层组成。这种类型最适合表面温度测量,因为它可以在热电阻表面提供更均匀的接触。
      热电阻测量温度能力的关键是金属绕组的热性能。如果您很好地理解这些属性,则可以可靠地预测测量电阻的温度。可预测的电阻 - 温度关系导致精确的温度测量装置。
      由于热电阻是有源传感器,它们需要外部激励才能产生可测量的电压降,可以转换为电阻。电阻值通常非常低,这意味着引线电阻会导致测量精度降低。因此,热电阻通常采用多线配置。有了所有这些替代方案,您必须仔细选择要与热电阻一起使用的测量硬件。有关更多信息,请参阅“精确传感器测量工程师指南”。
热电阻类型
各种类型的热电阻有四个主要的定义属性:
引线数量
      双线热电阻是最简单的使用,但如果引线的电阻相对于热电阻元件的测量电阻显着,则它们会影响测量精度。


图5:双线热电阻
三线热电阻是工业应用中最常见的。它们允许测量硬件表征和校正引线电阻,从而实现更精确的测量。然而,引线电阻的不一致可能导致意外的测量误差。


图6:三线热电阻
      四线热电阻为激励和电阻测量提供单独的路径。这允许引线电阻校正以及激励信号中的任何噪声的隔离。四线热电阻也不受不匹配的引线电阻的影响,但它们需要能够进行四线电阻测量的测量硬件。


图7:四线热电阻
线材
      部署环境和温度范围是选择线材时要考虑的关键因素。
      选择能够承受预期水浸,化学品和磨损的材料。
      线材和尺寸也会影响引线电阻,具体取决于引线配置。
物理结构
      这是特定于应用的。考虑如何安装传感器,任何电气隔离要求,以及传感器将要浸入的介质类型(液体,气体,固体表面等)。
      可用配置包括基本热电阻元件,薄膜表面元件和探头,其中热电阻元件封装在金属护套中并且可能是电隔离的。


图8: 热电阻构造样式
热敏电阻
热敏电阻运行理论
      热敏电阻,如热电阻,是有源测量设备,通过改变环境温度来改变电阻。它们由金属氧化物半导体压制成小珠,圆盘,晶片或其他容器并涂有环氧树脂或玻璃。由于热敏电阻由半导体材料构成,因此它们可为任何测量设备提供最佳灵敏度,是测量较小温度变化的理想选择。它们通常还具有比热电阻高得多的电阻。


图9:基本电阻温度计组件
      与热电阻不同,热敏电阻通常是负温度系数器件。这意味着其电阻随着温度的升高而降低。
热敏电阻类型
      与任何温度传感器一样,热敏电阻需要考虑的一个重要因素是材料成分及其随后对温度范围,灵敏度,精度等的影响。传感器供应商可提供不同的金属氧化物组合物和/或外壳材料,其影响传感器的安装方式以及化学/耐磨性能力。热敏电阻还具有适合不同应用的各种物理配置。图10显示了其中一些选项。


图10:热敏电阻配置
      与热电阻不同,热敏电阻很少需要双线以外的配置,因为它们的电阻比可能存在的任何引线电阻高几个数量级。这意味着引线电阻对测量电阻的影响是最小的并且通常可以忽略不计。
 

本文由 耐震压力表 北京布莱迪、编辑,转载请注明版权 相关产品推荐:磁浮子液位计 磁翻板液位计、 电磁流量计、 雷达液位计、 孔板流量计、 热电偶、 流量计、 压力变送器、 涡街流量计、
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