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深入带您了解热电阻和单片线性传感器辅助温度检测

来源:作者:钱柜777手机官网发表时间:2018-12-05


      温度是最常测量的物理现象之一。但是,如果传统的钱柜777手机官网热电偶或电阻温度检测器(RTD)不适合特定应用,热电阻和单片线性温度传感器适用于-50至150°C的温度。

      两种传感器类型相对便宜且易于配置,因为不需要参考接合点。两者都具有中等灵敏度的仪器的良好性能。热电阻每摄氏度的电阻变化很大,便于进行高分辨率测量。单片线性温度传感器提供非常线性的输出,可轻松扩展到温度读数,它们经常用作热电偶等温接线端子的冷端传感器。

热电阻

      热电阻(THERM烯丙基敏感电阻器)包括各种基于电阻的温度传感器在生物应用中常用的,环境控制系统,及消费级的温度测量装置。虽然热电阻是电阻器件,但它们的操作和使用与RTD有很大不同。


      计算双线热电阻的电阻是直接使用欧姆定律。当引线配置的串联电阻很大时,可以使用四线配置。施加到热电阻的电流应始终限制为产生可读电压(通常为100ua或更小)所需的最小值。

      可提供负温度系数(NTC)和正温度系数(PTC)热电阻。NTC热电阻的电阻随温度升高而降低,而PTC热电阻的电阻随温度升高而升高; NTC类型更常用于温度测量应用。

      热电阻可以制造成非常小的尺寸,从而实现低质量,可以快速响应轻微的温度变化。然而,它们可能受到由热电阻中消耗的激励电流引起的自热误差的影响。热电阻也相对易碎,因此必须小心处理和安装,以免损坏。

      钱柜777手机官网热电阻和热敏电阻之间的另一个重要区别是热电阻提供了更宽范围的基极电阻值,从千欧姆扩展到兆欧姆。典型热电阻的温度系数要大得多 - 每摄氏度几个百分点或更多。典型的热电阻温度系数为每°C -2%至-8%,并且在温度范围的下端通常较大。

      使用固态单片线性温度传感器非常简单。此处所示的电流传感器与电阻器串联插入,该电阻器提供数字电压表可读的电压降。

      热电阻的高电阻值和高温系数产生每摄氏度高达几千欧姆的电阻变化。因此,将仪器连接到热电阻的导线的电阻通常是微不足道的,并且不需要诸如高增益仪器输入和三线或四线测量配置的特殊技术来实现高精度。分辨率可达0.01至0.02°C。

      虽然热电阻具有相对较少的缺点,但重要的是要意识到它们的局限性,以实现准确,可靠的测量。热电阻的典型测量范围为-80至150°C。某些热电阻可以在高达300°C的温度下使用,但即使是这个范围也明显低于热电偶和RTD。暴露在较高温度下会使热电阻永久性地衰减,从而产生测量误差。

      热电阻的最后考虑因素是它们的非线性响应需要使用Steinhart-Hart方程来计算电阻温度。该等式使用三个系数,这些系数必须由热电阻制造商提供或由用户提供。这些系数可以从T对R图表中获得,如果提供的话,或者通过在已知温度下对热电阻进行三次电阻测量,然后计算系数。[参见本文的在线版本的等式; 计算方法; 以及这个过程的逻辑。]

      支持四线欧姆测量或与热电阻直接兼容的仪器可以简化电阻问题。热电阻仅在更关键的应用中需要诸如四线配置和灵敏测量能力的技术,因为与热电阻本身的电阻相比,测试引线中的任何电阻都相对不显着。

单片线性传感器

      单片线性温度传感器是另一种类型的传感器,与热电阻相比,可提供测量范围和易操作性。通常,这些传感器是双针或三针有源电子器件,采用标称的3-30 V直流电源工作(实际电源电压范围取决于器件类型),并输出与温度成比例的电流或电压。

      单片线性温度传感器的温度范围约为-50°C至150°C,与热电偶和RTD相比,它们适用于相对较窄的测量范围。在此范围内,输出与温度极为线性,使用它们不需要参考接点或复杂计算。虽然这些传感器通常用作热电偶电路的CJC参考接点,但制造商仍保持其在支持的温度范围内进行一般温度测量的适用性。

焦耳加热; 热分流

      使用任何类型的电阻或动力温度传感器的一个潜在误差源是电阻(“焦耳”)加热,其由传感器消耗的激励电流产生。虽然热能量可能很小,但仍会影响测量精度。

在热电阻的情况下,DMM /欧姆表施加100的测试电流

      实际功耗取决于仪表的特定测试电流和热电阻在所关注温度下的电阻。对于单片器件,自加热也是一个小问题。电源电流在微安范围内,因此功耗通常非常低。静止空气中典型的最大自热仅为0.1-0.2°C。此外,所有温度探测器都具有传感器元件,保护套或封装,引线和其他物理组件形式的一些质量。当传感器与介质接触以测量其温度时,传感器将吸收一些热能,从而改变介质的热含量和温度。这个过程叫做“热分流”。

      通过使用尽可能小的质量的温度传感器可以最小化热分流。然而,这种选择有时会带来权衡。例如,热电偶通常具有比RTD更低的质量,但它们不太准确。质量较小的动力电阻传感器比更大质量的传感器更容易发生焦耳加热。质量较低的温度传感器可能缺少保护涂层或护套,这使其更容易受到损坏或其他问题。