如果您要进行可靠的温度测量,就需要为您的应用选择正确的热电偶温度传感器。了解各种热电偶温度传感器的优缺点,就能帮助您正确地设置测量。热偶、热敏电阻、铂电阻热电偶温度传感器(RTD)和温度IC 是电子测试中最常用的热电偶温度传感器。
我们在这里将比较这些流行的热电偶温度传感器的工作范围、精度、价格、可靠性、稳定性和易用性。
热偶:
热偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A 和金属B)构成。当热偶一端受热时,热偶电路中就有连续电流流过。您可用该温度梯度产生的电压计算温度。
热偶是温度测量中最常用的传感器。与热敏电阻、RTD及IC传感器相比,热偶的最重要好处是宽温度范围和适应各种大气环境。热偶比其它传感器结实得多,可在现场焊接制作。热偶也是自供电和最便宜的热电偶温度传感器。
不过,电压和温度间是非线性关系,温度变化时电压变化很小。您需要用好的测量设备来测量如此小的电压。此外,热偶也是最不灵敏和最不稳定的热电偶温度传感器。
由于电压和温度是非线性关系,因此难以把被测电压变换为温度。为计算热偶温度(Tx),您还需要为参考温度(Tref)作第二次测量。虽然现代数据记录仪能通过软件和/或硬件在仪器内部处理电压—温度变换,但额外的测量也要多花测量时间。
简而言之,热偶是最简单和最通用的热电偶温度传感器,使用热偶简单到只需连接两条线。虽然这种最便宜的传感器也是使用最普遍的热电偶温度传感器,但热偶并不适合高精度的应用。
优点:自供电、简单坚固、便宜、众多外形结构形式、宽温度范围;
缺点:非线性、低电压、需要参考结、最不稳定、最不灵敏。
热敏电阻:
热敏电阻是用半导体材料,通常为陶瓷或聚合物制成的热敏电阻器。大多数热敏电阻为负温度系数,即阻值随 温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变,因此它是最灵敏的热电偶温度传感器。
高灵敏度的代价是线性度差。热敏电阻的线性极差,并且与生产工艺有很大关系。因此制造商给不出标准化的热敏电阻曲线,而热偶曲线已经实现标准化。
热敏电阻非常小,对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源,小尺寸也使它对自热误差极为敏感。
热敏电阻有较好的精度,但它比热偶贵。可测温度范围也小于热偶。热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度,而热偶测量的是热物质和参考结间的相对温度。一种常用热敏电阻在25°C 时的阻值为5 kΩ,每1°C 的温度改变造成 200 Ω的电阻变化。注意10 Ω 的引线电阻仅造成可忽略的0.05°C误差。
热敏电阻非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的,但必须注意防止自热误差。
测量技巧:
热敏电阻体积小是优点,它能很快稳定,不会造成热负载。不过也因此很不结实,大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件,任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中,将导致永久性的损坏。