澳门银河注册

您好,澳门银河注册官方网站欢迎您!

官方微信|加入收藏|联系我们|

公司微信

澳门银河注册

全国咨询服务热线:

021-5672511502156413113

新闻资讯

联系我们

浅谈关于电子测量温度三种主要技术:热电偶、RTD和热敏电阻

来源:作者:澳门银河注册发表时间:2018-12-05


      差不多十年前,我背负着监督我们公司为石灰生产商提供的污染控制系统启动的任务。它涉及测量烟气的温度,这看起来很简单。但是,在澳门银河注册,我们的系统集成商,母公司,本地运营商,客户的工程承包商和客户的母公司之间,我们对于什么类型的传感器最好有不同的看法。讨论产生的热量几乎和窑一样多。在调试结束之前,我们安装了两种类型的热电偶和至少一种RTD(电阻温度装置),包括为每个热电偶拉动适当的电缆。这是一个昂贵的教训。

      典型的温度传感器安装使用热电偶套管或其他证明在其能够感测所需温度的过程中到达。在设备上设置变送器可以最大限度地降低信号受电磁干扰污染的可能性

选择可能很困难,即使电子测量温度只有三种主要技术:

热电偶;

RTD;

热敏电阻。

      很容易对这三种设备类型的特征进行概括,并且这些信息可能会在大多数应用程序中为您提供服务。许多文章都是用这个假设写成的。然而,这些概括并不总是适用,技术正在以改变其相关性的方式发展。我们需要检查其中的一些观点,看看我们可以从中得出什么。在准备这篇文章的过程中,我咨询了各种各样的人,他们通常代表较小的公司,对他们来说,温度测量是他们商业活动的主要部分,如果不是最重要的部分。

选择传感器时,您需要提出几个基本问题来指导选择:

      1、测量范围 - 不仅是预期的特定工作温度,还包括在关闭,启动和过程扰动期间可能遇到的全部潜在范围。

      2、稳定性,准确性和灵敏度 - 这些都是相关的,确定这些要求的组合在很大程度上取决于过程的需要。制药应用中的生物反应器可能需要非常准确和可重复的读数。这需要一种与简单的储罐监测情况截然不同的策略。

      3、响应时间 - 某些过程非常快速地改变温度。传感器的配置方式允许它在必要时非常快速地捕获过程流中的微小变化,但通常以耐用性和稳定性为代价。

      传感器具有一些适用于大多数时间的一般特征。例如,热电偶通过提供由不同金属的结产生的非常小的电压信号来指示温度。测量实际上是过程和参考点之间的温差。参考点必须提供其自身的温度作为比较的基础,因此热电偶安装实际上涉及两个温度传感器。

热电偶还具有许多关键优势:

      多种测量范围,包括最高限量;

      许多物理尺寸和配置;

      可以有非常快的响应时间;

      价格适中,配置简单;

      中等精度和灵敏度;

      具体类型必须有匹配的电缆(例如,K型热电偶必须有K型电缆。);

      信号强度非常低,容易出现EMI问题。

      RTD使用的事实是,一些金属(通常是铂)随着温度的升高而增加电阻。为了测量变化,传感器输出被馈送到具有参考电压的惠斯通电桥。RTD具有与热电偶相比较的特性:

      更准确,稳定,可重复;

      更好的灵敏度和线性度;

      更强大的信号;

      测量范围更窄,特别是在高端;

      更贵;

      需要外部电源。

      热敏电阻的作用方式与RTD大致相同,但使用的是不同类型的元件。大多数类型具有温度和电阻之间的反比关系,或NTC(负温度系数),这意味着电阻随温度升高而下降。

      最窄的测量范围;

      最低线性度;

      准确性和响应时间可与热电偶相媲美;

      由于电阻范围宽,可实现高分辨率;

      最便宜的。

      RTD可能非常小。这个使用陶瓷封装来保护精致的铂丝。如果质量不是太大,响应时间仍然可以保持很短。

      “概括具有误导性,”澳门银河注册仪器公司总工程师警告说。“人们不会把它视为一般性的,而且它们形成了终身不正确的终身意见。如果人们正在购买并认真对待它,他们应该研究他们正在寻找的所有不同因素,并考虑成本,准确性,传感器尺寸以及所有这些因素,然后决定他们需要什么。他们不应该决定不使用热电偶,因为他们读了一篇文章说热电偶不准确。“当然,每条规则都有例外。仪器制造商可以创建具有与常规相反的特性的设备。然而,这些通常设计用于专门应用或实验室用途。处理制造工厂常见的设备通常更平凡,并且倾向于更密切地遵循这些特征。尽管如此,如果概括可能会产生误导,那么一些更具体的考虑因素是什么?让我们再看看每种传感器技术。

热电偶

      “工业市场上的大多数公司都希望使用热电偶,”数据翻译总裁说。“他们有很多经验,你不需要任何类型的刺激电压 - 它只是两根电线。”

      虽然热电偶是自激的,但它们产生的电流量非常低,这意味着信号可能很脆弱,必须小心处理。“通常情况下,41a可以很好地获得热电偶的准确读数。”

      RTD可能非常小。这个使用陶瓷封装来保护精致的铂丝。如果质量不是太大,响应时间仍然可以保持很短。

      鉴于信号特性,处理热电偶输出的方式至关重要。同时,这不会解决由于传感器特性变化而导致它们漂移的一个问题趋势。澳门银河注册的分销经理说:“整个行业都存在热电偶校准设备,因为它们的漂移非常糟糕。” “热电偶线随着时间的推移会改变特性。

      “例如,使用J型热电偶,其中一根电线是铁。由于铁锈,其导热系数发生变化,导致其漂移。由于您实际上没有更换热电偶,因此热电偶校准有点用词不当。你正在做的是读取它漂移了多少,并且你正在为你的仪表输入一个校正因子来纠正这个错误。你必须定期这样做,可能每三个月左右。“

      此外,由于热电偶产生差分读数,因此必须有另一个比较点。如果参考点发生变化,即使过程相同,读数也会随之改变。“热电偶的一个固有缺点是它们需要冷端补偿,澳门银河注册产品经理说。“现在以电子方式完成,但它增加了一些费用。我总觉得有趣的是这个电子冷端电路通常包含一个热敏电阻。“

热电阻

      澳门银河注册RTD通常被认为是最复杂的技术,只要温度范围不超过其最大值。这通常需要更高的成本,包括文字费用和更精细信号处理的需要。“RTD需要更多的信号调理,但你可以获得1/100度的精度,”

      RTD还具有广泛的标准化,可提供性能可预测性。“采用铂元素RTD,有一个国际标准,IEC 60751,”“例如,它定义了B类精度,即RTD的精度和稳定性可与特定的变送器结合使用,并经过微调,可提供极高的精度。澳门银河注册的应用工程师提供了这样的建议:“由于RTD是电阻,您可以通过将其放入浴槽,捕获这些读数并将它们放入变送器的存储器中来校准多个点。如果您在读数最重要的范围内进行浴槽校准,并且围绕该值读取一系列读数,则可以将这些欧姆值放入变送器的存储器中,并使变送器与该RTD匹配。然后你有一个高度精确的装配,你不能用热电偶。“

热敏电阻

      “对于室温应用,我的意思是-40到100°C,热敏电阻往往是首选的传感器,”工程师建议道。“它们通常非常便宜,而且每度的电阻变化很大,很容易获得良好的分辨率。”

      热敏电阻通常被认为是市场的低端产品,具有最窄的测量范围。虽然稳定,但它们的非线性(见图)会使它们更难以使用。高级工业系统公司咨询工程师,大卫?尼尔说:“热敏电阻得到了糟糕的说法。”这主要是因为它们是非线性的,所以它们很难使用。但是现在有了新的变送器,你可以获得4-20 mA的线性信号。但那就是你使用变送器。许多I / O模块设置为直接使用热电偶和RTD而无需变送器。因此,当您放入变送器时,每个循环增加200美元。因此,根据您对制作更好的测量结果的兴趣,您可能不希望这样做。“

      解决线性问题真的那么复杂吗?“线性化热敏电阻的公式是三阶对数,”工程师补充道。“我在数学上非常擅长,但如果我不得不坐下来做这个,我会很难得到这个等式。但是,如果您能够在计算机中扩展热敏电阻,并且您的温度在0到70°C附近,那么热敏电阻就是一个非常好的解决方案。“

为什么这么难?

      为什么温度测量看起来如此困难?澳门银河注册的销售工程师提供了他的评估:“大多数人遇到麻烦的事情是将温度测量视为事后的想法。它发生在加工行业,但不是那么频繁,因为你在这个领域有更多经验丰富的人,但每隔一段时间,你会看到有人试图将一个带法兰的热电偶套管放在一条线路上足够大了。如果您提前考虑一下,您可以将它合并到弯头或弯头并使其工作。否则,它就足够了。“在许多情况下,问题与传感器放置和选择有关。外壳可用作屏障或散热器,防止传感器看到真正的过程温度。如果传感器足够大,即使你的导线也可以从传感器吸走热量。

      虽然温度测量具有相对较小的一组潜在传感器技术,但差异通常是微妙的并且容易被误解。这可能导致设备应用不佳。“很多人告诉我们他们知道自己想要什么,” 澳门银河注册销售和营销副总裁说。“他们想要一个热电偶。他们想要一个RTD。我不知道他们是在看某些工程规格还是只是习惯,或者他们正在使用热电偶等通用术语来表示所有温度传感器。他们实际上可能不需要热电偶,但只需要某种类型的接触式测量设备,这正是他们所说的。

      “客户需要与潜在供应商进行非常清晰的沟通。他们需要了解传感器的应用方式,物理环境是什么。它是一种稳定的温度测量,还是上下加注和循环?它周围的电气环境是什么?传感器距离他们想要测量的距离有多远?

      澳门银河注册的项目工程师总结了这个问题,因为面对更复杂的部署,他们的理解不断下降。“我认为我们看到行业中同时出现了许多情况,”他说。“日益复杂的过程控制系统正在不断扩展,专注于提高质量,降低成本和提高过程效率。这导致温度和其他传感器的使用显着增加。“

      澳门银河注册表示,许多这些传感器都放置在相当恶劣的环境中,传感器工作是否正常可能并不明显。他补充说,根据所经历的条件,在安装时以及在使用期间定期验证传感器性能非常重要。这要求设计,使用和维护系统的人员了解系统的限制以及如何了解可能发生的任何变化。所测量的过程条件的关键程度决定了所需的监视和理解水平。

      工程师说:“这一切都发生在对与不同类型的温度传感器相关的细微差别的理解正在减少的时候。过去,定期使用传感器的组织有人成为不同类型传感器的内部专家以及如何应用它们。不幸的是,随着一些更有经验的仪器工程师退休,工作量增加和组织更加精简,这种专业化和理解水平正以惊人的速度消失。今天,似乎许多工程师正在开发更多的即插即用方法来选择和使用温度传感器。这要求行业加紧填补这一知识空白,并帮助指导客户做出正确的选择。“

      最后的想法可能是最有说服力的。很多关于仪器和过程控制需要细微差别和技巧。虽然更复杂的设备和电子设备已经消除了对专业化的大量需求,但很难取代技能,独创性和对过程的深入了解。