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溫度傳感器:優(yōu)勢和劣勢

來源:托馳(上海)工業(yè)傳感器有限公司   2014年11月14日 09:29  

溫度傳感器:優(yōu)勢和劣勢

的溫度傳感器:

  • 對所測量的介質(zhì)沒有影響
  • 非常
  • 響應(yīng)即時(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,重要的是要測量設(shè)備自身不會影響所測量的介質(zhì)。進(jìn)行接觸溫度測量時,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)計考慮因素,以減少"桿效應(yīng)"及其他測量錯誤。

將對測量介質(zhì)的影響降低之后,如何地測量介質(zhì)變得關(guān)重要。性涉及傳感器的基本特性、測量性等。如果未能解決有關(guān)"桿效應(yīng)"的設(shè)計問題,再的傳感器也無濟(jì)于事。

響應(yīng)時間受傳感器元件的影響,還會受到導(dǎo)線的一些影響。傳感器越小,響應(yīng)速度越快。
YSI Temperature利用微珠技術(shù)生產(chǎn)出了某些響應(yīng)快的商用熱敏電阻。

使用微處理器后可以更輕松地調(diào)節(jié)非線性輸出,因此傳感器輸出的信號調(diào)節(jié)也更不成問題。YSI 4800Linearizing Circuit允許對熱敏電阻的輸出實(shí)施單組件線性化。

在各采購代理紛紛尋求廉價的零件之時,工程師們卻認(rèn)識到了傳感器"一分錢一分貨"的重要性。YSI熱敏電阻可為整體設(shè)計提供重要價值。

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

半導(dǎo)體
連接點(diǎn)

溫度范圍(常規(guī))

-100 ~ +325?C-200 ~ +650?C200 ~ +1750?C-70 ~ 150?C

性(常規(guī))

0.05 ~ 1.5 ?C0.1 ~ 1.0?C0.5 ~ 5.0?C0.5 ~ 5.0?C

100?C時的
長期穩(wěn)定性

0.2?C/年(環(huán)氧)

0.02?C/年(玻璃)


0.05?C/年(薄膜)

0.002?C/年(電線)

可變,某些類型會隨著

年限的變化而變化

>1?C/年

輸出

NTC電阻

-4.4%/?C(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

對電噪聲的敏感度

相當(dāng)不敏感,

對高電阻敏感

相當(dāng)不敏感敏感/冷端補(bǔ)償

很大上

取決于布局

導(dǎo)線電阻影響

低電阻零件

很敏感。

需要三線或四線配置

對短期運(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

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廣,跨越多個熱電偶類型。

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高。一般而言,精度越高,越高。

長期穩(wěn)定性由傳感器間的推移保持其精度的一致來決定。穩(wěn)定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩(wěn)定性。鉑和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是穩(wěn)定的傳感器。熱電偶和半導(dǎo)體的穩(wěn)定性則差。

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,因此負(fù)溫度系數(shù)(NTC)。鉑等基金屬正溫度系數(shù)(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低,并且會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)對于控制熱敏電阻或鉑RTD中的自動加熱關(guān)重要。電流調(diào)節(jié)對于半導(dǎo)體而言不太重要。熱電偶會產(chǎn)生電壓輸出。

響應(yīng)時間,即傳感器指示溫度的速度,取決于傳感器元件的尺寸和(假定不使用預(yù)測方法)。半導(dǎo)體的響應(yīng)速度慢。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)速度快的熱敏電阻配置。

會導(dǎo)致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時的一個主要問題。在某些情況下,電阻*的熱敏電阻可能是個問題。

導(dǎo)線電阻可能會導(dǎo)致熱敏電阻或RTD等電阻式設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)錯誤偏差。使用低電阻設(shè)備(例如100Ω鉑元件)或低電阻熱敏電阻時,這種影響會更加。對于鉑元件,使用三線或四線導(dǎo)線配置來此問題。對于熱敏電阻,通常會通過電阻值來此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導(dǎo)線,否則可能會引發(fā)錯誤。

盡管熱電偶是廉價、應(yīng)用廣泛的傳感器,但NTC熱敏電阻的卻往往是高的。

傳感器的優(yōu)勢和劣勢

 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

半導(dǎo)體

連接點(diǎn)

優(yōu)勢
  • • 靈敏度
  • • 精度
  • • 成本
  • • 堅固耐用
  • • 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
  • • 不會自動加熱
  • • 堅固耐用
  • • 易于使用
  • • 板式安裝
  • • 堅固耐用
  • • 總成本
劣勢
  • • 非線性
  • • 自動加熱
  • • 潮濕故障
    (對于非玻璃設(shè)備)
  • • 導(dǎo)線電阻錯誤
  • • 響應(yīng)時間
  • • 抗振
  • • 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)時間

 

每種傳感器都有其優(yōu)勢和劣勢。熱敏電阻的主要優(yōu)勢是:

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精度和誤差。

成本:對于熱敏電阻的高性能,它的很高。

堅固性:熱敏電阻的構(gòu)造使得它非常堅固耐用。

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,通常自動加熱是一個設(shè)計考慮因素。必須采取適當(dāng)措施將感應(yīng)電流限制在一個足夠低的值,以便使自動加熱錯誤降低到一個可接受的值。

非線性問題可通過軟件或電路來解決,會引發(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。要項目取得成功,關(guān)鍵是讓傳感器功能與應(yīng)用相匹配。如果您在確定熱敏電阻是否是設(shè)計選件方面需要獲得幫助,請YSI Temperature應(yīng)用工程師。

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