完美的温度传感器:
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对所测量的介质没有影响
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非常精确
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响应即时(在多数情况下)
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输出易于调节
不管是哪种类型的传感器,所有温度传感器都要考虑上述因素。
不管测量什么,最重要的是要确保测量设备自身不会影响所测量的介质。进行接触温度测量时,这一点尤为重要。选择正确的传感器尺寸和导线配置是重要的设计考虑因素,以减少"杆效应"及其他测量错误。
将对测量介质的影响降至最低之后,如何准确地测量介质就变得至关重要。准确性涉及传感器的基本特性、测量准确性等。如果未能解决有关"杆效应"的设计问题,再准确的传感器也无济于事。
响应时间受传感器元件质量的影响,还会受到导线的一些影响。传感器越小,响应速度越快。
YSI Temperature利用微珠技术生产出了某些响应最快的商用热敏电阻。
使用微处理器后可以更轻松地调节非线性输出,因此传感器输出的信号调节也更不成问题。YSI 4800Linearizing Circuit允许对热敏电阻的输出实施单组件线性化。
在各采购代理纷纷寻求最廉价的零件之时,工程师们却认识到了传感器"一分钱一分货"的重要性。YSI热敏电阻可为整体设计提供重要价值。
传感器特性
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NTC热敏电阻
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铂RTD
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热电偶
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半导体
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传感器
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陶瓷
金属氧化尖晶石
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铂绕线式
或金属薄膜
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热电
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半导体
连接点
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温度范围(常规)
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-100 ~ +325?C
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-200 ~ +650?C
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200 ~ +1750?C
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-70 ~ 150?C
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准确性(常规)
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0.05 ~ 1.5 ?C
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0.1 ~ 1.0?C
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0.5 ~ 5.0?C
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0.5 ~ 5.0?C
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100?C时的
长期稳定性
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0.2?C/年(环氧)
0.02?C/年(玻璃)
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0.05?C/年(薄膜)
0.002?C/年(电线)
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可变,某些类型会随着
年限的变化而变化
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>1?C/年
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输出
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NTC电阻
-4.4%/?C(常规)
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PTC电阻
0.00385Ω/Ω/°C
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热电压
10μV ~ 40μV/°C
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数字,各种输出
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线性度
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指数函数
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相当线性
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多数类型呈非线性
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线性
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所需的电源
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恒定电压或电流
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恒定电压或电流
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自供电
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4 ~ 30 VDC
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响应时间
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较快,0.12 ~ 10秒
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一般较慢,1 ~ 50秒
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较快,0.10 ~ 10秒
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较慢,5 ~ 50秒
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对电噪声的敏感度
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相当不敏感,
仅对高电阻敏感
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相当不敏感
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敏感/冷端补偿
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很大程度上
取决于布局
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导线电阻影响
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仅低电阻零件
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很敏感。
需要三线或四线配置
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对短期运行无影响。
需要TC延长线。
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不适用
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成本
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低到中
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绕线式——高
薄膜——低
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低
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中
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上述每种主要类型的传感器的基本操作理论都有所不同。
每种传感器的温度范围也有所不同。热电偶系列的温度范围最广,跨越多个热电偶类型。
精度取决于基本的传感器特性。所有传感器类型的精度各不相同,不过铂元件和热敏电阻的精度最高。一般而言,精度越高,价格就越高。
长期稳定性由传感器随时间的推移保持其精度的一致程度来决定。稳定性由传感器的基本物理属性决定。高温通常会降低稳定性。铂和玻璃封装的绕线式热敏电阻是最稳定的传感器。热电偶和半导体的稳定性则最差。
传感器输出依照类型而有所变化。热敏电阻的电阻变化与温度成反比,因此具有负温度系数(NTC)。铂等基金属具有正温度系数(PTC)。热电偶的千伏输出较低,并且会随着温度的变化而变化。半导体通常可以调节,附带各种数字信号输出。
线性度定义了传感器的输出在一定的温度范围内一致变化的情况。热敏电阻呈指数级非线性,低温下的灵敏度远远高于高温下的灵敏度。随着微处理器在传感器信号调节电路中的应用越来越广泛,传感器的线性度愈发不成问题。
通电后,热敏电阻和铂元件都需要恒定的电压或电流。功率调节对于控制热敏电阻或铂RTD中的自动加热至关重要。电流调节对于半导体而言不太重要。热电偶会产生电压输出。
响应时间,即传感器指示温度的速度,取决于传感器元件的尺寸和质量(假定不使用预测方法)。半导体的响应速度最慢。绕线式铂元件的响应速度是第二慢的。铂薄膜、热敏电阻和热电偶提供小包装,因此带有高速选件。玻璃微珠是响应速度最快的热敏电阻配置。
会导致温度指示有误的电噪声是使用热电偶时的一个主要问题。在某些情况下,电阻极高的热敏电阻可能是个问题。
导线电阻可能会导致热敏电阻或RTD等电阻式设备内出现错误偏差。使用低电阻设备(例如100Ω铂元件)或低电阻热敏电阻时,这种影响会更加明显。对于铂元件,使用三线或四线导线配置来消除此问题。对于热敏电阻,通常会通过提高电阻值来消除此影响。热电偶必须使用相同材料的延长线和连接器作为导线,否则可能会引发错误。
尽管热电偶是最廉价、应用最广泛的传感器,但NTC热敏电阻的性价比却往往是最高的。
传感器的优势和劣势
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NTC热敏电阻
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铂RTD
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热电偶
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半导体
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传感器
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陶瓷(金属氧化尖晶石)
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铂绕线式或金属薄膜
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热电
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半导体
连接点
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优势
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? 灵敏度
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? 精度
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? 成本
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? 坚固耐用
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? 包装灵活
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? 密封
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? 表面安装
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? 温度范围
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? 自供电
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? 不会自动加热
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? 坚固耐用
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? 易于使用
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? 板式安装
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? 坚固耐用
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? 总成本
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劣势
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? 非线性
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? 自动加热
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? 潮湿故障
(仅对于非玻璃设备)
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? 导线电阻错误
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? 响应时间
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? 抗振
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? 大小
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? 包装限制
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? 冷端补偿
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? 精度
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? 稳定性
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? TC延长线
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? 精度
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? 有限的应用
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? 稳定性
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? 响应时间
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每种传感器都有其优势和劣势。热敏电阻的主要优势是:
灵敏度:热敏电阻能随非常微小的温度变化而变化。
精度:热敏电阻能提供很高的绝对精度和误差。
成本:对于热敏电阻的高性能,它的性价比很高。
坚固性:热敏电阻的构造使得它非常坚固耐用。
灵活性:热敏电阻可配置为多种物理形式,包括极小的包装。
密封:玻璃封装为其提供了密封的包装,从而避免因受潮而导致传感器出现故障。
表面安装:提供各种尺寸和电阻容差。
在热敏电阻的劣势中,通常只有自动加热是一个设计考虑因素。必须采取适当措施将感应电流限制在一个足够低的值,以便使自动加热错误降低到一个可接受的值。
非线性问题可通过软件或电路来解决,会引发故障的潮湿问题可通过玻璃封装来解决。
所有传感器都有特定的优势和劣势。要确保项目取得成功,关键是让传感器功能与应用相匹配。如果您在确定热敏电阻是否是最佳设计选件方面需要获得帮助,请联系YSI Temperature应用工程师。
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