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全面讲解温度传感器的选择指南

来源:发表时间:2019-02-16

    温度测量是大多数工业操作的重要部分,通常通过温度传感器 热电偶或热电阻与固体表面接触或浸没在流体中来实现。虽然这些传感器具有重叠的温度范围,但每个传感器都具有某些依赖,下面金莎娱乐官方网站的小编全面为您讲解温度传感器的选择指南。


    在选择特定应用中使用的传感器类型时,必须考虑几个因素:温度范围,精度,响应时间,稳定性,线性和灵敏度。这些总结在表1中。当灵敏度和应用灵活性是最重要的标准时,热电阻是首选的传感器。然而,就组件成本而言,热电阻比热电偶更昂贵。因此,为特定应用选择完美的传感器需要了解热电阻和热电偶的基础常识。

    热电阻基础常识

    图1.热电阻有2线,3线和4线配置,但它们的基本组件相同。这些传感器测量温度变化引起的电阻变化。

    金莎娱乐官方网站的热电阻通过随着温度的升高而表现出电阻率的增加而起作用。热电阻最常由铂,镍或铜制成。铜和镍版本在较低的温度范围内运行,并且比铂更便宜。铂金是最通用的材料,因为它具有宽温度范围(-200°C至850°C),优异的重复性,稳定性以及耐化学品和腐蚀性。铂热电阻在0°C时有100(ω),200(ω),500(ω)和1000(Ω)标称电阻值,其中100(ω)是最受欢迎的。

    金莎娱乐官方网站的热电阻的基本结构非常简单。传感元件连接到引线并由绝缘体支撑,例如玻璃,云母或放置在保护套内的陶瓷(见图1)。探测器有2线,3线和4线配置。

    2线版本非常适合传感器直接连接到接收器以防止引线长度电阻误差的应用,这个问题导致开发更精确的3线和4线配置。

    图2.热电偶通过检测两种不同金属连接处的电压变化来测量温度。电压随温度的升高而增加。

    当传感器和接收仪器之间有很大距离时,使用3线单元。它们的精度虽然低于4线探测器的精度,但对于许多工业应用来说已足够。

    在4线配置中,一对引线将激励电流提供给热电阻,另一对引线测量其上的电压。该技术可显着降低引线电压降并提供高精度。

    热电偶基础常识

    金莎娱乐官方网站的热电偶由两种不同的金属组成,在一端连接在一起,产生一个随温度变化的电压(以毫伏表示)。这两种金属的连接点称为传感结,连接到延长线(见图2)。任何两种不同的金属都可用于制造热电偶。在无限数量的候选组合中,ISA识别出12.大多数这些热电偶类型都以单字母名称所知; 最常见的是J,K,T和E.热电偶的成分是国际标准,但它们的电线的颜色代码是不同的。例如,在美国,负导线总是红色,而世界其他地方使用红色指示正导线。

    使用热电偶可以轻松引入测量误差。由于热电偶产生的电压是由于两种不同金属的结合,因此将其他结引入电路会导致电压变化,这被称为冷端误差。如果确定连接处的温度,则可以通过称为冷端补偿的过程来校正这些误差。这在接收设备上进行,接收设备通常是信号调节器。热电偶还有三种接点类型:接地,非接地和外露。

    图3.热电偶有三种连接类型。接地单元的感应接头直接连接到探头壁(A),确保从外部到接头的良好热传递。未接地类型(B)的连接点与探头壁分离,导致响应时间比接地设备慢。当需要快速响应时间时,暴露的热电偶(C)及其感测结在护套外部并暴露于环境中是优选的。 

    接地热电偶的传感接头直接连接到探头壁上。这导致从外部,通过探头壁到热电偶连接处的良好热传递(参见图3A)。

    未接地的热电偶的连接点与探头壁分离。此类型的响应时间比接地样式慢(参见图3B)。当响应时间是选择热电偶探头类型的决定因素时,暴露的热电偶是可取的(参见图3C)。在这种类型的探头中,传感接头从护套的尖端突出并暴露于周围环境。未接地的热电偶提供最佳的响应时间,但不能用于腐蚀性或加压应用。

    温度测量决策可以决定或破坏过程的预期结果。为应用选择正确的传感器可能是一项艰巨的任务,但处理测量信号也非常关键。

    信号调节器的作用

    选择温度传感器后,必须将其集成到控制系统中,该控制系统通常基于DCS或PLC。一种集成方法是将热电阻或热电偶引线直接连接到控制器。该技术需要专用的温度转换卡。多通道温度卡可用于不同的控制器,但价格昂贵且不具备系统灵活性。

    另一种方法是温度信号调节器,因其具有以下优点而在工业中变得非常普遍:精度,抗噪声/隔离,系统灵活性/诊断以及成本节约。

    准确性。开发温度信号调节器以保持传感器输出的完整性。它们的精度规格超过了PLC或DCS卡的精度规格。在测量点附近调节传感器信号可防止信号因热梯度热梯度和热电阻线电阻不平衡引起的误差而降低。

    抗噪声/隔离。热电偶和热电阻信号的电平非常低,非常容易受到噪声的影响。信号调理器可将此低电平信号转换为4-20 mA输出,该输出对噪声更具免疫力,并且可以运行更长的距离。调节器还提供低通滤波,防止高频噪声通过控制器。信号调节器还提供隔离,防止由于温度测量非常常见的接地回路问题导致的不准确性。

    系统灵活性/诊断。信号调节器为控制系统提供了完全的灵活性。4-20 mA测量信号可以直接发送到记录仪或模拟卡。一些复杂的温度调节器提供模拟和数字输出,用于报警或紧急关闭。这些模块还可在断线时提供本地和远程指示。

    节约成本。直接连接到温度卡的热电偶或热电阻线很昂贵,尤其是在系统成本中增加了人工,维护和故障排除时。将温度信号调节器与标准模拟和/或数字输入卡结合使用可以显着降低成本。

    温度测量和控制从选择合适的传感器开始。通过在主控制器的上游集成温度信号调节器,传感器信号变得有用且高度精确。由于其灵活性和可靠性,这种温度控制方法正变得非常流行。


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