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最资讯丨数采测温原理及温度传感器的选择

2022-10-19 15:52:39来源：横河测试测量  

以“数采设备+模拟输入模块”组合的方式测试温度变化，需要选择两种不同的温度传感器——热电偶和热电阻（RTD）——它们使用的是两种不同的测试原理。


数据采集器温度


(相关资料图)

测量的原理辨析



热电阻（RTD）

热电阻是一种利用金属电阻与温度成比例增加特性的温度传感器。铂电阻传感器因其高精度测温性能，被广泛应用于常规范围的温度测量，图1是被测对象温度和热电阻阻值关系图：温度的升高与电阻的增加成正比。



图1

由图1可知，既然被测对象温度可以通过电阻值反映出来，那么我们就可以通过电阻值来测量温度的变化——在热电阻上加一个电流，读取热电阻电压，通过热电阻电压值的变化知道被测对象温度。原理图如下：

热电阻类型分三线和四线两种，各自具有不同的优缺点：

三线热电阻，由于三根导线的电阻会存在差异，从而影响测量精度，所以要求三根导线电阻一致。四线热电阻虽不会受导线电阻影响，但是对导线电阻值有限制，且成本高。

在三线和四线热电阻选择时，如果优先考虑成本，那么选择三线型，如果优先考虑精度选四线型。



热电偶

热电偶测量原理是将两种材料不同的导线金属A和B焊接起来，组成一个闭合回路，当被测对象温度和输入端子温度存在温差时会产生电压（热电势）。这个热电势参考端补偿回路测得的输入端温度被转换为被测对象的温度，虽然测量原理比较简单，但由于热电势是微电压，加上参考端补偿电路的测量误差，因此一般热电偶的测量精度低于热电阻。



图4


不同传感器的

测温差异


上面介绍了传感器测量原理，下面就具体解释热电偶和热电阻的测温差异。因为我们测量温度时，除了仪器的测量精度，还要考虑传感器误差。


传感器

传感器类型和公差：传感器公差和温度系数的组合定义了温度传感器的温度特性，元件公差越大，传感器与广义曲线偏差越大，传感器变化也就越大。



图5

图5是铂电阻温度计（A级）和热电偶K、T（1级）的公差。


图6

图6是铂电阻温度计（B级）和热电偶K、T（2、3）的公差。

由图6可以看到不同级别、相同级别的热电偶和热电阻之间公差都不同，一般来说铂电阻公差越小，测量精度越高。



测温范围

不同实验测试的温度范围不一样，所以测试的温度范围也会限制热传感器的选择。

热电阻是低温高精度传感器，如比较常用的PT100——陶瓷铂热电阻——测量的温度范围最广，测温范围在-200～800℃之间；而云母铂热电阻由于云母的特性，测温范围是-200～420℃；薄膜铂热电阻由于其封装及制造特性，测温范围在-50～500℃之间。

热电偶测温范围一般大于热电阻，如常用的K、J型测温范围是-200~1200℃；T型热电偶测温范围-200~350℃；N型热电偶测温范围-200~1300℃。热电偶种类很多，横河数采兼容市场中绝大多数的热电偶类型。




抗干扰能力

当我们测量环境温度(大约23℃)时，对T型热电偶和pt100相同的干扰噪声产生的影响进行对比：


图7

如图7所示，加入一个相同的40uV电压噪声，T型热电偶由于噪声产生的温度约1℃，而相同的噪声在pt100上产生的温度是0.1℃。

所以我们在选择传感器类型时要对测试的精度要求、测试的温度范围、测试环境噪声等情况综合选择。



总结：热电阻精度高，抗干扰能力强，但是测试温度范围小，成本高。热电偶测试温度范围广，成本低，但精度稍逊于热电阻。理解上述测量原理，您可以知晓不同测试方案各自的优缺点，这将有助于您在温度测量时正确选择热传感器。

标签： 温度范围 被测对象 测量精度

责任编辑：hnmd003

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