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溫度傳感器應用原理
發布時間:2014-12-07   點擊次數:416次

 溫度傳感器概述
  
  與壓力一樣,溫度也是過程控制中zui重要的測量變量之一。例如在冷卻回路中,溫度監測不僅用來確保產品質量,還用來保證系統安全。過程工業往往利用熱能進行控制,所以,根據應用需要選擇理想的溫度傳感器,可實現既定測量目的并確保zui佳測量效果。當然,對過程工藝的熟悉和預見可能出現的不確定擾動也是很重要的。
  
  冷、熱是如何定義的?
  
  我們可以通過身體的感知器官感覺并分辨溫度差。然而,我們往往只能定義物體是冷是熱,卻不能將這種感覺量化。
  
  溫度的涵義到底是什么呢?溫度,即表示某物質每個粒子的平均動能。要通過這種能量來量化溫度首先要定義溫標,需要確定與某種材料溫度相關的某個定點。zui常見的定點是絕對零度即0K,以及水三相點(固態、液態、氣態并存的點)273.16K。定點值的確定使繪制溫度的直線圖成為可能。其它定點值離上述點很遠,例如氖的三相點是24.5561K,銀的凝固點是1234.93K。這些定點值在zui新版的《國際溫標(1990年版)》(ITS-90)中確定。
  
  正確測量溫度
  
  測量溫度的方法有多種,從簡單的二極管到高精度的熱噪聲溫度計。
  
  溫度計可以分為兩類:*類溫度計和第二類溫度計。
  
  *類為不需要用其他溫度測量設備做預先校準的溫度計。他們都是通過測量物理量,計算物理量和溫度間的關系來確定溫度的。例如氣體溫度計、熱噪聲溫度計和應用測量黑體輻射的溫度測量設備。這些溫度傳感器常常用于專門的實驗室,使用起來相當復雜并且往往價格昂貴。
  
  第二類溫度計則需要校準。工業上主要使用的是第二類溫度計。特別是熱電阻或熱電偶溫度傳感器使用zui為廣泛。當安裝溫度傳感器時,需要了解一些簡單的基礎原理:溫度傳感器主要測量的是它自身的溫度。所以傳感器必須盡可能靠近測量物安裝并盡可能地避免環境影響,因為測量地點的干擾可能會使溫度測量結果出現一些偏差。環境溫度和介質溫度較大的差異也可能會導致錯誤的測量值。如果傳感器安裝在保護套管中,也就意味著它遠離了真實的測量點,溫度傳感器靈敏度會降低,測量值可能與真實值出現背離。
  
  主要測量原理
  
  基于精確性和易于進一步處理測量信號的要求,下列測量原理十分適用于工業環境溫度監測:
  
  熱電阻溫度計
  
  熱電阻溫度計通過熱電阻測量溫度。純金屬,特別是貴金屬有zui大的阻值變化率,適合用來制作溫度傳感器。電阻溫度計分為正溫度系數(PTC)型和負溫度系數(NTC)型,正溫度系數型即阻值隨溫度的上升而增加,負溫度系數型則是阻值隨溫度的上升而減少。如果電阻呈標準的線性特性,溫度值可以很容易地通過多項式估算出來。一般地說,電阻溫度計測量范圍為-250℃至1000℃。標準的鉑電阻是主要的檢測器件,Pt100在0℃時為100Ω,可用于精確測量高達850℃的溫度。
  
  熱電偶溫度計
  
  一個熱電偶由兩個不同的金屬或半導體連接而成。基于塞貝克效應,若接合處的溫度發生變化,則會在不同金屬間將產生電勢差。所形成的電勢差取決于溫度,溫度差值對于不同金屬的變化量也不同。溫度差可在熱端和冷端的接合處測得。如果要測熱端的溫度,則冷端溫度必須已知,而冷端的溫度是由其他的溫度傳感器測量的。根據熱電原理,熱端的溫度可計算確定。熱電偶幾乎都用于1000℃及以上的溫度測量。
  
  定義
  
  誤差限額是指測量系統在特殊環境中工作所能保證得出的測量值與真實值的zui大差值,故測量誤差不能超過誤差限額。
  
  重復精度
  
  重復精度指多次相同操作測量值和真實值間的zui大差值。
  
  辨析率
  
  測量設備可測量到的zui小的增量。
  
  2線制
  
  2線制熱電阻配線簡單,但要帶進引線電阻的附加誤差。因此不適用于制造A級精度的熱電阻,且在使用時引線及導線都不宜過長。
  
  3線制
  
  3線制可以消除引線電阻的影響,測量精度高于2線制。作為過程檢測元件,其應用zui廣。
  
  4線制
  
  4線制不僅可以消除引線電阻的影響,而且在連接導線阻值相同時,還可以消除該電阻的影響。高精度測量應采用4線制。
  
  自身發熱影響
  
  為了能夠測量熱電阻傳感器的輸出信號,一定有電流通過傳感器。這個測量電流消耗能量并產生熱量,使溫度升高。大多數情況下,制造商提供一個1mA的測量電流,這樣傳感器不會產生額外的熱量,可提供一個zui真實的測量值。

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