溫度傳感器優勢和劣勢
完美的溫度傳感器:
對所測量的介質沒有影響
非常精確
響應即時(在多數情況下)
輸出易於調節
不管是哪種類型的傳感器,所有溫度傳感器都要考慮上述因素。
不管測量什麼,最重要的是要確保測量設備自身不會影響所測量的介質。進行接觸溫度測量時,這一點尤為重要。選擇正確的傳感器尺寸和導線配置是重要的策劃考慮因素,以減少"桿效應"及其他測量錯誤。
將對測量介質的影響降至最低之後,如何準確地測量介質就變得至關重要。準確性涉及傳感器的基本特性、測量準確性等。如果未能解決有關"桿效應"的策劃問題,再準確的傳感器也無濟於事。
響應時間受傳感器元件品質的影響,還會受到導線的一些影響。傳感器越小,響應速度越快。
YSI Temperature利用微珠技藝生产出了某些響應最快的商用熱敏電阻。
使用微處理器後可以更輕松地調節非線性輸出,因此傳感器輸出的信號調節也更不成問題。YSI 4800Linearizing Circuit允許對熱敏電阻的輸出實施單組件線性化。
在各采購代理紛紛尋求最廉價的零件之時,工程師們卻認識到了傳感器"一分錢一分貨"的重要性。YSI熱敏電阻可為整體策劃供應重要價值。
傳感器特性
上述每種主要類型的傳感器的基本操作理論都有所不同。
NTC熱敏電阻 | 铂RTD | 熱電偶 | 半導體 | |
傳感器 |
陶瓷 金屬氧化尖晶石 |
铂繞線式 或金屬薄膜 |
熱電 |
半導體 連接點 |
溫度範圍(常規) | -100 ~ +325˚C | -200 ~ +650˚C | 200 ~ +1750˚C | -70 ~ 150˚C |
準確性(常規) | 0.05 ~ 1.5 ˚C | 0.1 ~ 1.0˚C | 0.5 ~ 5.0˚C | 0.5 ~ 5.0˚C |
100˚C時的 長期穩定性 |
0.2˚C/年(環氧) 0.02˚C/年(玻璃) |
0.05˚C/年(薄膜) 0.002˚C/年(電線) |
可變,某些類型會隨着 年限的變化而變化 |
>1˚C/年 |
輸出 |
NTC電阻 -4.4%/˚C(常規) |
PTC電阻 0.00385Ω/Ω/°C |
熱電壓 10µV ~ 40µV/°C |
數字,各種輸出 |
線性度 | 指數函數 | 相當線性 | 多數類型呈非線性 | 線性 |
所需的電源 | 恒定電壓或電流 | 恒定電壓或電流 | 自供電 | 4 ~ 30 VDC |
響應時間 | 較快,0.12 ~ 10秒 | 一般較慢,1 ~ 50秒 | 較快,0.10 ~ 10秒 | 較慢,5 ~ 50秒 |
對電噪聲的敏感度 |
相當不敏感, 僅對高電阻敏感 |
相當不敏感 | 敏感/冷端補償 |
很大程度上 取決於布局 |
導線電阻影響 | 僅低電阻零件 |
很敏感。 需要三線或四線配置 |
對短期運行無影響。 需要TC延長線。 |
不適用 |
成本 | 低到中 |
繞線式——高 薄膜——低 |
低 | 中 |
每種傳感器的溫度範圍也有所不同。熱電偶系列的溫度範圍最廣,跨越多個熱電偶類型。
精度取決於基本的傳感器特性。所有傳感器類型的精度各不相同,不過铂元件和熱敏電阻的精度最高。一般而言,精度越高,價錢就越高。
長期穩定性由傳感器隨時間的推移保持其精度的一致程度來決定。穩定性由傳感器的基本物理屬性決定。高溫通常會降低穩定性。铂和玻璃封裝的繞線式熱敏電阻是最穩定的傳感器。熱電偶和半導體的穩定性則最差。
傳感器輸出依照類型而有所變化。熱敏電阻的電阻變化與溫度成反比,因此具有負溫度系數(NTC)。铂等基金屬具有正溫度系數(PTC)。熱電偶的千伏輸出較低,並且會隨着溫度的變化而變化。半導體通常可以調節,附帶各種數字信號輸出。
線性度定義了傳感器的輸出在一定的溫度範圍內一致變化的情況。熱敏電阻呈指數級非線性,低溫下的靈敏度遠遠高於高溫下的靈敏度。隨着微處理器在傳感器信號調節電路中的應用越來越廣泛,傳感器的線性度愈發不成問題。
通電後,熱敏電阻和铂元件都需要恒定的電壓或電流。功率調節對於控製熱敏電阻或铂RTD中的自動加熱至關重要。電流調節對於半導體而言不太重要。熱電偶會产生電壓輸出。
響應時間,即傳感器指示溫度的速度,取決於傳感器元件的尺寸和品質(假定不使用預測方法)。半導體的響應速度最慢。繞線式铂元件的響應速度是第二慢的。铂薄膜、熱敏電阻和熱電偶供應小包裝,因此帶有高速選件。玻璃微珠是響應速度最快的熱敏電阻配置。
會導致溫度指示有誤的電噪聲是使用熱電偶時的一個主要問題。在某些情況下,電阻極高的熱敏電阻可能是個問題。
導線電阻可能會導致熱敏電阻或RTD等電阻式設備內出現錯誤偏差。使用低電阻設備(例如100Ω铂元件)或低電阻熱敏電阻時,這種影響會更加明顯。對於铂元件,使用三線或四線導線配置來消除此問題。對於熱敏電阻,通常會通過提高電阻值來消除此影響。熱電偶必須使用相同材料的延長線和連接器作為導線,否則可能會引發錯誤。
盡管熱電偶是最廉價、應用最廣泛的傳感器,但NTC熱敏電阻的性價比卻往往是最高的。
NTC熱敏電阻 |
铂RTD | 熱電偶 | 半導體 | |
傳感器 | 陶瓷(金屬氧化尖晶石) | 铂繞線式或金屬薄膜 | 熱電 |
半導體 連接點 |
優勢 |
靈敏度 精度 成本 堅固耐用 包裝靈活 密封 表面安裝 |
精度 穩定性 線性度 |
溫度範圍 自供電 不會自動加熱 堅固耐用 |
易於使用 板式安裝 堅固耐用 總成本 |
劣勢 |
非線性 自動加熱 潮濕故障 (僅對於非玻璃設備) |
導線電阻錯誤 響應時間 抗振 大小 包裝限製 |
冷端補償 精度 穩定性 TC延長線 |
精度 有限的應用 穩定性 響應時間 |
每種傳感器都有其優勢和劣勢。熱敏電阻的主要優勢是:
靈敏度:熱敏電阻能隨非常微小的溫度變化而變化。
精度:熱敏電阻能供應很高的絕對精度和誤差。
成本:對於熱敏電阻的高性能,它的性價比很高。
堅固性:熱敏電阻的構造使得它非常堅固耐用。
靈活性:熱敏電阻可配置為多種物理形式,包括極小的包裝。
密封:玻璃封裝為其供應了密封的包裝,從而避免因受潮而導致傳感器出現故障。
表面安裝:供應各種尺寸和電阻容差。
在熱敏電阻的劣勢中,通常只有自動加熱是一個策劃考慮因素。必須采取適當措施將感應電流限製在一個足夠低的值,以便使自動加熱錯誤降低到一個可接受的值。
非線性問題可通過軟件或電路來解決,會引發故障的潮濕問題可通過玻璃封裝來解決。
所有傳感器都有特定的優勢和劣勢。要確保項目取得成功,關鍵是讓傳感器性能與應用相匹配。如果您在確定熱敏電阻是否是最佳策劃選件方面需要獲得幫助,請聯絡華力爭應用工程師。