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全面为您分析热电偶与RTD 的全部基础常识

来源:发表时间:2019-01-16

   金莎娱乐官方网站热电偶和电阻温度检测器(RTD)是自动化和过程控制中使用最广泛的温度传感器。它们被嵌入电机,阀门,涡轮机,轴承和许多其他设备中。大多数智能仪器,如流量计,压力变送器和液位变送器,也有一个嵌入式温度传感器用于校正主要测量变量或过程控制。单独使用时,温度传感器通常安装在热电偶套管中,热电偶套管插入储罐,容器和管道中。热电偶套管可保护传感器免受环境影响,但会缩短响应时间并降低精度。在热套管中安装传感器是一个不同的主题,这里不再先容。相反,本文讨论直接浸入式传感器; 即,在没有热电偶套管保护的情况下直接插入并暴露于过程的热电偶和RTD。

    工作原理

    上海自动化仪表有限企业热电偶由两根不同金属的导线组成,两端连接在工艺外部的参考点(冷端)和测量点的一个连接处(热端)。金属对温度变化的反应不同,并根据结之间的温差产生电动势(EMF)电压(塞贝克效应)。电阻温度检测器基于电线中的电阻随温度增加的原理。在这两种情况下,传感器都连接到传感器或信号调理器,该传感器或信号调节器经过校准以接受输入电压或电阻,计算正确的温度,并将其作为4-20 mA,mV或数字信号输出到自动化系统。

    以上是非常基础的,但它是选择传感器时要考虑的第一个问题:如何将传感器连接到传感器,信号调理器或自动化系统?这种本质上是电子的装置和系统需要安装在远离高温的合理安全的位置。

    热电偶必须使用热电偶延长线连接,这与热电偶中使用的电线相同。例如,K型热电偶使用在传感结处连接的镍、铬线与镍的线。延长线必须是相同的成分,即一根镍铬和一根镍 - 镍铝合金线。通常,不鼓励使用较长的延长线,因为导线充当天线,使得测量更容易受到电磁和射频干扰。在处理长延长线时,成本也可能是一个问题,尤其是具有特殊材料的线(例如,R型热电偶)。在某些情况下,可以使用由具有与热电偶类似的EMF特性的较便宜材料制成的补偿电缆。

    另一方面,RTD可以使用标准电缆连接更长的距离; 然而,它们通常受与自热误差相关的问题的限制。在这两种情况下,必须屏蔽延长线以防止设备中的电噪声。请注意,热电偶延长线比RTD电缆更容易受到噪音的影响。

    传感器结构

    绕线式RTD由缠绕在陶瓷或玻璃元件周围的细线圈组成,然后放在带护套的探头中进行保护(见图1)。薄膜RTD在陶瓷基板上具有铂涂层。薄膜RTD不像线绕RTD那样容易受到振动,但通常在其适用的温度范围内受到更多限制。

    RTD Pt 100传感器元件

    图.线绕RTD传感元件易碎,因此它们被放置在保护套中。

    绕线式RTD通常由铜,镍或铂合金制成。铂金是最受欢迎的,因为它具有更高的精度,可在更宽的温度范围内工作。RTD可以粘贴或粘接到表面,安装在探头中,或通过螺纹孔嵌入设备中。热电偶不像RTD那样易碎,并且通常由金属覆盖物保护,该金属覆盖物可以用螺栓,焊接,焊接或胶合到表面上。在某些情况下,温度接点可以暴露在环境中,从而缩短响应时间(见图2)。

    热电偶结型

    图.热电偶传感器可以接地或不接地,具体取决于应用。

    接地可能是一个问题。热电偶可能会产生影响其精度的静电荷,因此可能需要接地。但是,热电偶在接地到电气设备或机器时也会拾取电路噪声。确定是否接地热电偶取决于特定应用的具体情况,例如测量环境和接地电路中存在的电噪声量。

    环境

    温度传感通常在“不友好”的环境中进行,例如腐蚀性,氧化性或还原性气氛,通常伴有严重的振动和电噪声。选择RTD或热电偶时,必须考虑环境。如果过程环境造成传感器故障的高风险,则应考虑由适合过程环境的材料制成的热电偶套管。

    振动绕线式RTD最容易受到振动。线绕RTD在高振动应用中可能会因机械应力而失效,因此不应使用。薄膜RTD具有更高的振动容差,但它们不如热电偶具有最高的抗振性能。

    电噪声:如上所述,RTD和热电偶的延长线容易受到电噪声的影响。在高噪声环境中,延长线应采用护套,屏蔽,接地,并尽可能短。在高噪声环境中,RTD是更好的选择。

    恶劣环境:在处理恶劣环境时,请检查RTD或热电偶传感器制造商是否提供针对恶劣条件的保护。 

    保护壳体中的线绕RTD非常坚固,不受大多数环境问题的影响。为了提供额外的保护,RTD可涂覆全氟烷氧基(PFA)聚四氟乙烯,用于电镀槽,高压系统或类似应用。RTD延长线可提供聚氯乙烯,PFA或玻璃纤维绝缘材料以进行保护。

    热电偶,尤其是那些带有金属外壳的热电偶,比RTD更坚固,更能应对腐蚀性或氧化性气氛。使用暴露的热电偶结时,必须特别注意恶劣的环境。热电偶按类型分类,即E,J,K,N,T,S,R和B型。每种类型适用于-201°C至1700°C的特定温度范围,每种类型的结构使其适用于各种环境:

    E型:适用于真空,惰性,轻度氧化或还原气氛

    J型:可以使用,暴露或未暴露,缺乏游离氧

    K型:通常需要金属或陶瓷保护

    N型:在存在硫的情况下抵抗氧化

    T型:可用于氧化或还原气氛

    S,R,B型:应始终用陶瓷管,二次瓷管和碳化硅或金属外管保护,条件要求

    其他考虑因素

    图3显示了选择热电偶或RTD时涉及的主要考虑因素。

    RTD和热电偶比较

    图.热电偶和RTD的比较

    测量范围:RTD可以测量高达1000°C的温度,但是在温度高于400°C时,RTD很难获得准确的测量结果。热电偶的最高温度可达1700°C。

    普遍接受的规则是:对于低于850°C的温度,使用RTD进行精确测量; 对于高于850°C的温度,请使用热电偶。工业测量通常为200°C至400°C,因此RTD可能是该范围内的最佳选择。

    响应时间:虽然两个传感器对温度变化反应迅速,但热电偶更快。然而,在某些情况下,制造工艺允许生产薄膜RTD,并且响应时间大大改善。

    尺寸:两个传感器都很小,直径约为0.5毫米。如果安装传感器存在空间问题,请与供应商核实尺寸和安装选项。

    振动:通常,热电偶比RTD更不易受振动影响。然而,在某些制造工艺中,可以生产出比标准RTD具有更大抗振性的薄膜RTD。

    自加热:RTD由非常细的导线或非常精细的涂层制成,并且需要来自电源的电压-热电偶不需要电源。虽然所需功率仅为1 mA至10 mA,但它可能会导致RTD中的铂元素“升温”,从而影响测量精度。如果使用长延长线,则可能需要更多的功率来克服导线中的电阻,从而增加了自加热问题。

    稳定性:RTD的长期稳定性非常好,这意味着它的读数可以长期重复和稳定。另一方面,热电偶倾向于漂移。热电偶产生的EMF可以随着时间的推移而改变,因为氧化,腐蚀和传感元件的冶金特性的其他变化。热电偶漂移是不可逆的,需要一些条件来检测它,例如App或测试环路电阻。

    准确性:作为一般规则,RTD比热电偶更准确。RTD可以产生0.1C的精度,而热电偶通常精确到1C。

    虽然不是技术问题,但热电偶比RTD便宜得多,主要是因为生产成本较低。根据特定应用所需的传感器数量,这可能是一个主要因素。精心选择合适的温度传感技术对于确保最佳性能,可靠性和成本效益至关重要。在决定使用哪种类型的传感器时,销售热电偶和RTD的供应商通常是良好的信息来源,就像以前在各种应用中使用不同传感器类型的经验一样。


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