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数据采集器测温原理及温度传感器的选择

2022-10-20 11:45:27


数据采集器温度

测量的原理辨析


热电阻(RTD)

    热电阻是一种利用金属电阻与温度成比例增加特性的温度传感器。铂电阻传感器因其高精度测温性能,被广泛应用于常规范围的温度测量,图1是被测对象温度和热电阻阻值关系图:温度的升高与电阻的增加成正比。


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图1


    由图1可知,既然被测对象温度可以通过电阻值反映出来,那么我们就可以通过电阻值来测量温度的变化——在热电阻上加一个电流,读取热电阻电压,通过热电阻电压值的变化知道被测对象温度。原理图如下:


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    热电阻类型分三线和四线两种,各自具有不同的优缺点:

    三线热电阻,由于三根导线的电阻会存在差异,从而影响测量精度,所以要求三根导线电阻一致。四线热电阻虽不会受导线电阻影响,但是对导线电阻值有限制,且成本高。

    在三线和四线热电阻选择时,如果优先考虑成本,那么选择三线型,如果优先考虑精度选四线型。


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不同传感器的

测温差异


    上面介绍了传感器测量原理,下面就具体解释热电偶和热电阻的测温差异。因为我们测量温度时,除了仪器的测量精度,还要考虑传感器误差。


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图5


    图5是铂电阻温度计(A级)和热电偶K、T(1级)的公差。


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图6


    图6是铂电阻温度计(B级)和热电偶K、T(2、3)的公差。

    由图6可以看到不同级别、相同级别的热电偶和热电阻之间公差都不同,一般来说铂电阻公差越小,测量精度越高。

测温范围

    不同实验测试的温度范围不一样,所以测试的温度范围也会限制热传感器的选择。

    热电阻是低温高精度传感器,如比较常用的PT100——陶瓷铂热电阻——测量的温度范围广,测温范围在-200~800℃之间;而云母铂热电阻由于云母的特性,测温范围是-200~420℃;薄膜铂热电阻由于其封装及制造特性,测温范围在-50~500℃之间。

    热电偶测温范围一般大于热电阻,如常用的K、J型测温范围是-200~1200℃;T型热电偶测温范围-200~350℃;N型热电偶测温范围-200~1300℃。热电偶种类很多,横河数采兼容市场中绝大多数的热电偶类型。


抗干扰能力


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图7


     如图7所示,加入一个相同的40uV电压噪声,T型热电偶由于噪声产生的温度约1℃,而相同的噪声在pt100上产生的温度是0.1℃。

    所以我们在选择传感器类型时要对测试的精度要求、测试的温度范围、测试环境噪声等情况综合选择。

    总结:热电阻精度高,抗干扰能力强,但是测试温度范围小,成本高。热电偶测试温度范围广,成本低,但精度稍逊于热电阻。理解上述测量原理,您可以知晓不同测试方案各自的优缺点,这将有助于您在温度测量时正确选择热传感器。


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