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技術(shù)文章
溫度傳感器選哪個(gè)好
閱讀次數(shù)：857 發(fā)布時(shí)間：2019/11/29 10:23:28
溫度傳感器選型優(yōu)缺點(diǎn)
熱敏電阻的主要優(yōu)勢
·靈敏度：熱敏電阻能隨非常微小的溫度變化而變化。
·精度：熱敏電阻能提供很高的絕對(duì)精度和誤差。
·成本：對(duì)于熱敏電阻的高性能，它的性價(jià)比很高。
·堅(jiān)固性：熱敏電阻的構(gòu)造使得它非常堅(jiān)固耐用。
·靈活性：熱敏電阻可配置為多種物理形式，包括極小的包裝。
·密封：玻璃封裝為其提供了密封的包裝，從而避免因受潮而導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)故障。
·表面安裝：提供各種尺寸和電阻容差。
·在熱敏電阻的劣勢中，通常只有自動(dòng)加熱是一個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素。必須采取適當(dāng)措施將感應(yīng)電流限制在一個(gè)足夠低的值，以便使自動(dòng)加熱錯(cuò)誤降低到一個(gè)可接受的值。
| NTC熱敏電阻 | 鉑RTD | 熱電偶 | 半導(dǎo)體 | |
|---|---|---|---|---|
| 傳感器 | 陶瓷（金屬氧化尖晶石） | 鉑繞線式或金屬薄膜 | 熱電熱 | 半導(dǎo)體 連接點(diǎn) |
| 優(yōu)勢 | 靈敏度 精度 成本 堅(jiān)固耐用 包裝靈活 密封 表面安裝 | 精度 穩(wěn)定性 線性度 | 溫度范圍 自供電 不會(huì)自動(dòng)加熱 堅(jiān)固耐用 | 易于使用 板式安裝 堅(jiān)固耐用 總成本 |
| 劣勢 | 非線性 自動(dòng)加熱 潮濕故障 （僅對(duì)于非玻璃設(shè)備） | 導(dǎo)線電阻錯(cuò)誤 響應(yīng)時(shí)間 大小 包裝限制 | 冷端補(bǔ)償 精度 穩(wěn)定性 TC延長線 | 精度 有限的應(yīng)用 穩(wěn)定性 響應(yīng)時(shí)間 |
·非線性問題可通過軟件或電路來解決，會(huì)引發(fā)故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。
·所有傳感器都有特定的優(yōu)勢和劣勢。要確保項(xiàng)目取得成功，關(guān)鍵是讓傳感器功能與應(yīng)用相匹配。
·完美的溫度傳感器：對(duì)所測量的介質(zhì)沒有影響。
·非常精確
·響應(yīng)即時(shí)（在多數(shù)情況下）
·輸出易于調(diào)節(jié)
·不管是哪種類型的傳感器，所有溫度傳感器都要考慮上述因素。
·不管測量什么，最重要的是要確保測量設(shè)備自身不會(huì)影響所測量的介質(zhì)。進(jìn)行接觸溫度測量時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。選擇正確的傳感器尺寸和導(dǎo)線配置是重要的設(shè)計(jì)考慮因素，以減少"桿效應(yīng)"及其他測量錯(cuò)誤。
·將對(duì)測量介質(zhì)的影響降至最低之后，如何準(zhǔn)確地測量介質(zhì)就變得至關(guān)重要。準(zhǔn)確性涉及傳感器的基本特性、測量準(zhǔn)確性等。如果未能解決有關(guān)"桿效應(yīng)"的設(shè)計(jì)問題，再準(zhǔn)確的傳感器也無濟(jì)于事。
·響應(yīng)時(shí)間受傳感器元件質(zhì)量的影響，還會(huì)受到導(dǎo)線的一些影響。傳感器越小，響應(yīng)速度越快。
傳感器特性
| NTC熱敏電阻 | 鉑RTD | 熱電偶 | 半導(dǎo)體 | |
|---|---|---|---|---|
| 傳感器 | 陶瓷 金屬氧化尖晶石 | 鉑繞線式 或金屬薄膜 | 熱電偶 | 半導(dǎo)體 連接點(diǎn) |
| 溫度范圍（常規(guī)） | -100 ~ +325℃ | -200 ~ +650℃ | 200 ~ +1750℃ | -70 ~ 150℃ |
| 準(zhǔn)確性（常規(guī)） | 0.05 ~ 1.5 ℃ | 0.1 ~ 1.0℃ | 0.5 ~ 5.0℃ | 0.5 ~ 5.0℃ |
| 100℃時(shí)的長期穩(wěn)定性 | 0.2℃/年（環(huán)氧） 0.02℃/年（玻璃） | 0.05℃/年（薄膜） 0.002℃/年（電線） | 可變，某些類型會(huì)隨著年限的變化而變化 | >1℃/年 |
| 輸出 | NTC電阻 -4.4%/℃（常規(guī)） | PTC電阻 0.00385Ω/Ω/°C | 熱電壓 10μV ~ 40μV/°C | 數(shù)字，各種輸出 |
| 線性度 | 指數(shù)函數(shù) | 相當(dāng)線性 | 多數(shù)類型呈非線性 | 線性 |
| 所需的電源 | 恒定電壓或電流 | 恒定電壓或電流 | 自供電 | 4 ~ 30 VDC |
| 響應(yīng)時(shí)間 | 較快，0.12 ~ 10秒 | 一般較慢，1 ~ 50秒 | 較快，0.10 ~ 10秒 | 較慢，5 ~ 50秒 |
| 對(duì)電噪聲的敏感度 | 相當(dāng)不敏感， 僅對(duì)高電阻敏感 | 相當(dāng)不敏感 | 敏感/冷端補(bǔ)償 | 很大程度上 取決于布局 |
| 導(dǎo)線電阻影響 | 僅低電阻零件 | 很敏感。 需要三線或四線配置 | 對(duì)短期運(yùn)行無影響。 需要TC延長線。 | 不適用 |
| 成本 | 低到中 | 繞線式——高 薄膜——低 | 低 | 中 |
上述每種主要類型的傳感器的基本操作理論都有所不同。
每種傳感器的溫度范圍也有所不同。熱電偶系列的溫度范圍最廣，跨越多個(gè)熱電偶類型。精度取決于基本的傳感器特性。所有傳感器類型的精度各不相同，不過鉑元件和熱敏電阻的精度最高。一般而言，精度越高，價(jià)格就越高。
長期穩(wěn)定性由傳感器隨時(shí)間的推移保持其精度的一致程度來決定。穩(wěn)定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會(huì)降低穩(wěn)定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是最穩(wěn)定的傳感器。熱電偶和半導(dǎo)體的穩(wěn)定性則最差。
傳感器輸出依照類型而有所變化。熱敏電阻的電阻變化與溫度成反比，因此具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)。鉑等基金屬具有正溫度系數(shù)(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低，并且會(huì)隨著溫度的變化而變化。半導(dǎo)體通常可以調(diào)節(jié)，附帶各種數(shù)字信號(hào)輸出。
線性度定義了傳感器的輸出在一定的溫度范圍內(nèi)一致變化的情況。熱敏電阻呈指數(shù)級(jí)非線性，低溫下的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高溫下的靈敏度。隨著微處理器在傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路中的應(yīng)用越來越廣泛，傳感器的線性度愈發(fā)不成問題。
通電后，熱敏電阻和鉑元件都需要恒定的電壓或電流。功率調(diào)節(jié)對(duì)于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動(dòng)加熱至關(guān)重要。電流調(diào)節(jié)對(duì)于半導(dǎo)體而言不太重要。熱電偶會(huì)產(chǎn)生電壓輸出。
響應(yīng)時(shí)間，即傳感器指示溫度的速度，取決于傳感器元件的尺寸和質(zhì)量（假定不使用預(yù)測方法）。半導(dǎo)體的響應(yīng)速度最慢。繞線式鉑元件的響應(yīng)速度是第二慢的。鉑薄膜、熱敏電阻和熱電偶提供小包裝，因此帶有高速選件。玻璃微珠是響應(yīng)速度最快的熱敏電阻配置。
會(huì)導(dǎo)致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時(shí)的一個(gè)主要問題。在某些情況下，電阻極高的熱敏電阻可能是個(gè)問題。
導(dǎo)線電阻可能會(huì)導(dǎo)致熱敏電阻或RTD等電阻式設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)錯(cuò)誤偏差。使用低電阻設(shè)備（例如100Ω鉑元件）或低電阻熱敏電阻時(shí)，這種影響會(huì)更加明顯。對(duì)于鉑元件，使用三線或四線導(dǎo)線配置來消除此問題。對(duì)于熱敏電阻，通常會(huì)通過提高電阻值來消除此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導(dǎo)線，否則可能會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。
盡管熱電偶是最廉價(jià)、應(yīng)用最廣泛的傳感器，但NTC熱敏電阻的性價(jià)比卻往往是最高的。
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