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技術(shù)文章

了解溫度傳感器優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)
閱讀次數(shù):9461   發(fā)布時(shí)間:2015/10/8 17:35:56
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 發(fā)布時(shí)間:2015-09-02 10:06   類型:基礎(chǔ)知識(shí)   34人瀏覽

溫度傳感器:優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

完美的溫度傳感器:

  • 對(duì)所測(cè)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(cè)量什么,*重要的是要確保測(cè)量設(shè)備自身不會(huì)影響所測(cè)量的介質(zhì)。進(jìn)行接觸溫度測(cè)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(cè)量錯(cuò)誤。

將對(duì)測(cè)量介質(zhì)的影響降至之后,如何準(zhǔn)確地測(cè)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(cè)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。
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(hào)調(diào)節(jié)也更不成問題。YSI 4800Linearizing Circuit允許對(duì)熱敏電阻的輸出實(shí)施單組件線性化。

在各采購(gòu)代理紛紛尋求*廉價(jià)的零件之時(shí),工程師們卻認(rèn)識(shí)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(jì)提供重要價(jià)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?C 200 ~ +1750?C -70 ~ 150?C

準(zhǔn)確性(常規(guī))

0.05 ~ 1.5 ?C 0.1 ~ 1.0?C 0.5 ~ 5.0?C 0.5 ~ 5.0?C

100?C時(shí)的 
長(zhǎng)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(huì)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(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(zhǎng)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(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。一般而言,精度越高,價(jià)格就越高。

長(zhǎng)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*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?梢哉{(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(cè)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(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(zhǎng)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*廉價(jià)、應(yīng)用*廣泛的傳感器,但NTC熱敏電阻的性價(jià)比卻往往是的。

傳感器的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)
  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(shì)
  • ? 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(shì)
  • ? 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
  • ? 抗振
  • ? 大小
  • ? 包裝限制
  • ? 冷端補(bǔ)償
  • ? 精度
  • ? 穩(wěn)定性
  • ? TC延長(zhǎng)線
  • ? 精度
  • ? 有限的應(yīng)用
  • ? 穩(wěn)定性
  • ? 響應(yīng)時(shí)間

 

每種傳感器都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。熱敏電阻的主要優(yōu)勢(shì)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(shì)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。

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(shì)和劣勢(shì)。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。如果您在確定熱敏電阻是否是*佳設(shè)計(jì)選件方面需要獲得幫助,請(qǐng)聯(lián)深圳市賽德力檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用工程師。

原創(chuàng)作者:深圳市賽德力檢測(cè)設(shè)備有限公司

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