热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和热电偶

最简单的一类温度传感器是温度影响电阻变化的温度传感器。使用这种类型的主传感元件,一个简单的欧姆表能够用作温度计,将电阻解释为温度测量:

热敏电阻和RTD电路图

热敏电阻是由金属氧化物制成的器件,其随着温度的升高(正温度系数)而增加电阻,或者随着温度的升高而降低电阻(负温度系数)。

RTD是由纯金属线(通常是铂或铜)制成的器件,随着温度的升高,电阻总是增加。热敏电阻和RTD之间的主要区别在于线性度:热敏电阻是高灵敏度和非线性的,而RTD相对不敏感但非常线性。因此,通常在高精度不重要的地方使用热敏电阻。许多消费级设备使用热敏电阻作为温度传感器。

热电偶是温度传感器。它们的工作原理是,当热电偶的两端处于不同的温度时,两种不同金属(形成闭合电路)的连接产生可测量的电压(电动势)(见图1)。由于热电偶结构简单且可靠性优越,因此它们已被广泛用作工业温度传感器。此外,将测量仪器(记录仪,DCS,PLC等)连接到电路的一端可以测量电位差(电磁力)(见图2)。

RTD,热电偶和热敏电阻之间的区别

热敏电阻

热敏电阻是一种电阻器件,由金属氧化物组成,形成珠子并封装在环氧树脂或玻璃中。

典型的热敏电阻显示出较大的负温度系数。电阻随温度急剧下降并呈非线性下降。灵敏度是RTD的许多倍,但有用的温度范围是有限的。一些制造商提供具有正系数的热敏电阻。也可提供线性化模型。

不同来源的热敏电阻在性能和价格方面存在很大差异。典型的好处是:

传感器成本低:基本热敏电阻非常便宜。但是,具有更紧密互换性或扩展温度范围的型号通常比RTD成本更高。

高灵敏度:热敏电阻每度温度变化可以改变几十欧姆的电阻,相比之下,RTD的电阻只有几欧姆。

点感应:热敏电阻磁珠可以制成针头尺寸,用于小面积感应。

热敏电阻、RTD和热电偶之间的区别

电阻温度探测器(RTD)

RTD传感元件由线圈或纯金属沉积膜组成。元件的电阻以已知且可重复的方式随温度增加。RTD在很宽的温度范围内具有出色的精度,是工业温度传感器中增长最快的部分。他们的优势包括:

温度范围: RTD型号的温度范围为-260至650°C(-436至1202°F)。

重复性和稳定性:铂电阻温度计是美国国家标准与技术研究院使用的主要插值仪器,温度范围为-260至962°C。普通工业RTD通常漂移低于0.1°C /年。

灵敏度: RTD上的压降提供比热电偶大得多的输出。

线性度:铂和铜RTD比热电偶或热敏电阻产生更线性的响应。可以通过适当设计电阻桥网络来校正RTD非线性。

系统成本低: RTD使用普通的铜延长引线,无需冷端补偿。

标准化:制造商提供符合行业标准曲线的RTD,最常见的是100Ω铂金,符合EN60751标准。

热电偶

热电偶由两根异种金属线焊接在一起形成一个结。在信号线的另一端,通常作为输入仪器的一部分,是另一个称为参考结的结点,其对环境温度进行电子补偿。加热传感结产生与两个结之间的温差成比例的热电势(emf)。当补偿参考结的已知温度时,该毫伏级电动势指示感测尖端处的温度。

热电偶简单而熟悉。然而,由于需要特殊的延长线和参考结补偿,将它们设计到系统中变得复杂。热电偶优势包括:

极高的温度能力:带有贵金属接头的热电偶可以高达1800°C(3272°F)。

坚固耐用:热电偶固有的简单性使其能够抵抗冲击和振动。

小尺寸/快速响应:细线热电偶结占用空间小,质量轻,适合点感应和快速响应。但请注意,许多RTD的时间常数比等效的热电偶快。

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