如果您要進行可靠的溫度測量,就需要為您的應用選擇正確的熱電偶溫度傳感器。了解各種熱電偶溫度傳感器的優缺點,就能幫助您正確地設置測量。熱偶、熱敏電阻、鉑電阻熱電偶溫度傳感器(RTD)和溫度IC 是電子測試中最常用的熱電偶溫度傳感器。
我們在這里將比較這些流行的熱電偶溫度傳感器的工作范圍、精度、價格、可靠性、穩定性和易用性。
熱偶:
熱偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A 和金屬B)構成。當熱偶一端受熱時,熱偶電路中就有連續電流流過。您可用該溫度梯度產生的電壓計算溫度。
熱偶是溫度測量中最常用的傳感器。與熱敏電阻、RTD及IC傳感器相比,熱偶的最重要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境。熱偶比其它傳感器結實得多,可在現場焊接制作。熱偶也是自供電和最便宜的熱電偶溫度傳感器。
不過,電壓和溫度間是非線性關系,溫度變化時電壓變化很小。您需要用好的測量設備來測量如此小的電壓。此外,熱偶也是最不靈敏和最不穩定的熱電偶溫度傳感器。
由于電壓和溫度是非線性關系,因此難以把被測電壓變換為溫度。為計算熱偶溫度(Tx),您還需要為參考溫度(Tref)作第二次測量。雖然現代數據記錄儀能通過軟件和/或硬件在儀器內部處理電壓—溫度變換,但額外的測量也要多花測量時間。
簡而言之,熱偶是最簡單和最通用的熱電偶溫度傳感器,使用熱偶簡單到只需連接兩條線。雖然這種最便宜的傳感器也是使用最普遍的熱電偶溫度傳感器,但熱偶并不適合高精度的應用。
優點:自供電、簡單堅固、便宜、眾多外形結構形式、寬溫度范圍;
缺點:非線性、低電壓、需要參考結、最不穩定、最不靈敏。
熱敏電阻:
熱敏電阻是用半導體材料,通常為陶瓷或聚合物制成的熱敏電阻器。大多數熱敏電阻為負溫度系數,即阻值隨 溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變,因此它是最靈敏的熱電偶溫度傳感器。
高靈敏度的代價是線性度差。熱敏電阻的線性極差,并且與生產工藝有很大關系。因此制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線,而熱偶曲線已經實現標準化。
熱敏電阻非常小,對溫度變化的響應也快。但熱敏電阻需要使用電流源,小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。
熱敏電阻有較好的精度,但它比熱偶貴。可測溫度范圍也小于熱偶。熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度,而熱偶測量的是熱物質和參考結間的相對溫度。一種常用熱敏電阻在25°C 時的阻值為5 kΩ,每1°C 的溫度改變造成 200 Ω的電阻變化。注意10 Ω 的引線電阻僅造成可忽略的0.05°C誤差。
熱敏電阻非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應用。尺寸小對于有空間要求的應用是有利的,但必須注意防止自熱誤差。
測量技巧:
熱敏電阻體積小是優點,它能很快穩定,不會造成熱負載。不過也因此很不結實,大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件,任何電流源都會在其上因功率而造成發熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中,將導致永久性的損壞。