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温度传感器应用原理
发布时间:2014-06-05   点击次数:1369次
  温度传感器概述
  
  与压力一样,温度也是过程控制中zui重要的测量变量之一。例如在冷却回路中,温度监测不仅用来确保产品质量,还用来保证系统安全。过程工业往往利用热能进行控制,所以,根据应用需要选择理想的温度传感器,可实现既定测量目的并确保测量效果。当然,对过程工艺的熟悉和预见可能出现的不确定扰动也是很重要的。
  
  冷、热是如何定义的?
  
  我们可以通过身体的感知器官感觉并分辨温度差。然而,我们往往只能定义物体是冷是热,却不能将这种感觉量化。
  
  温度的涵义到底是什么呢?温度,即表示某物质每个粒子的平均动能。要通过这种能量来量化温度首先要定义温标,需要确定与某种材料温度相关的某个定点。zui常见的定点是零度即0K,以及水三相点(固态、液态、气态并存的点)273.16K。定点值的确定使绘制温度的直线图成为可能。其它定点值离上述点很远,例如氖的三相点是24.5561K,银的凝固点是1234.93K。这些定点值在zui新版的《国际温标(1990年版)》(ITS-90)中确定。
  
  正确测量温度
  
  测量温度的方法有多种,从简单的二极管到高精度的热噪声温度计。
  
  温度计可以分为两类:*类温度计和第二类温度计。
  
  *类为不需要用其他温度测量设备做预先校准的温度计。他们都是通过测量物理量,计算物理量和温度间的关系来确定温度的。例如气体温度计、热噪声温度计和应用测量黑体辐射的温度测量设备。这些温度传感器常常用于专门的实验室,使用起来相当复杂并且往往价格昂贵。
  
  第二类温度计则需要校准。工业上主要使用的是第二类温度计。特别是热电阻或热电偶温度传感器使用zui为广泛。当安装温度传感器时,需要了解一些简单的基础原理:温度传感器主要测量的是它自身的温度。所以传感器必须尽可能靠近测量物安装并尽可能地避免环境影响,因为测量地点的干扰可能会使温度测量结果出现一些偏差。环境温度和介质温度较大的差异也可能会导致错误的测量值。如果传感器安装在保护套管中,也就意味着它远离了真实的测量点,温度传感器灵敏度会降低,测量值可能与真实值出现背离。
  
  主要测量原理
  
  基于性和易于进一步处理测量信号的要求,下列测量原理十分适用于工业环境温度监测:
  
  热电阻温度计
  
  热电阻温度计通过热电阻测量温度。纯金属,特别是贵金属有zui大的阻值变化率,适合用来制作温度传感器。电阻温度计分为正温度系数(PTC)型和负温度系数(NTC)型,正温度系数型即阻值随温度的上升而增加,负温度系数型则是阻值随温度的上升而减少。如果电阻呈标准的线性特性,温度值可以很容易地通过多项式估算出来。一般地说,电阻温度计测量范围为-250℃至1000℃。标准的铂电阻是主要的检测器件,Pt100在0℃时为100Ω,可用于测量高达850℃的温度。
  
  热电偶温度计
  
  一个热电偶由两个不同的金属或半导体连接而成。基于塞贝克效应,若接合处的温度发生变化,则会在不同金属间将产生电势差。所形成的电势差取决于温度,温度差值对于不同金属的变化量也不同。温度差可在热端和冷端的接合处测得。如果要测热端的温度,则冷端温度必须已知,而冷端的温度是由其他的温度传感器测量的。根据热电原理,热端的温度可计算确定。热电偶几乎都用于1000℃及以上的温度测量。
  
  定义
  
  误差限额是指测量系统在特殊环境中工作所能保证得出的测量值与真实值的zui大差值,故测量误差不能超过误差限额。
  
  重复精度
  
  重复精度指多次相同操作测量值和真实值间的zui大差值。
  
  辨析率
  
  测量设备可测量到的zui小的增量。
  
  2线制
  
  2线制热电阻配线简单,但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用于制造A级精度的热电阻,且在使用时引线及导线都不宜过长。
  
  3线制
  
  3线制可以消除引线电阻的影响,测量精度高于2线制。作为过程检测元件,其应用zui广。
  
  4线制
  
  4线制不仅可以消除引线电阻的影响,而且在连接导线阻值相同时,还可以消除该电阻的影响。高精度测量应采用4线制。
  
  自身发热影响
  
  为了能够测量热电阻传感器的输出信号,一定有电流通过传感器。这个测量电流消耗能量并产生热量,使温度升高。大多数情况下,制造商提供一个1mA的测量电流,这样传感器不会产生额外的热量,可提供一个zui真实的测量值。
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