溫度傳感器類型

 

　　熱敏電阻，鉑電阻溫度計(jì)（PRT）和熱電偶是大多數(shù)溫度測(cè)量應(yīng)用的首選儀器。每個(gè)都有特定的特征和局限性。

 

　　通常，這些儀器是可靠的，可以提供多年的無(wú)故障服務(wù)。但是，隨意地應(yīng)用會(huì)極大地影響其準(zhǔn)確性和使用壽命。因此，必須正確處理和使用它們。為此，您必須了解它們的工作方式和局限性。

 

　　熱敏電阻

 

　　熱敏電阻是所有溫度傳感器中最堅(jiān)固的。它們由像可變電阻器一樣的固態(tài)設(shè)備構(gòu)成。

 

　　隨著溫度變化，熱敏電阻的電阻也會(huì)變化，且具有出色的靈敏度和準(zhǔn)確性以及廣泛的電阻值。它們還具有出色的長(zhǎng)期漂移特性，并且對(duì)震動(dòng)不敏感，也不會(huì)遭受其他溫度計(jì)類型可能存在的其他問(wèn)題。

 

　　由于它們對(duì)震動(dòng)不敏感，因此它們的校準(zhǔn)通常不會(huì)受到輕微振動(dòng)，撞擊或掉落的影響。但是，它們的溫度范圍通常限制為100oC。

 

　　鉑電阻溫度計(jì)（PRT）

 

　　PRT可能是所有溫度傳感器中用途最廣泛的，因?yàn)樗鼈兊臏囟确秶鷮捛揖雀摺４蠖鄶?shù)都可在-196oC至420oC的溫度范圍內(nèi)使用，只有少數(shù)例外，最高可達(dá)500oC甚至更高。當(dāng)然，這取決于各個(gè)型號(hào)的規(guī)格及其各自的校準(zhǔn)。

 

　　即使PRT精度很高并且覆蓋很寬的溫度范圍，它們也有局限性。與熱敏電阻不同，如果鉑絲被污染，暴露于振動(dòng)，撞擊或掉落，則PRT的校準(zhǔn)會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)這些過(guò)程進(jìn)行的校準(zhǔn)更改是累積性的。因此，在處理和使用PRT時(shí)必須格外小心。

 

　　熱電偶

 

　　金屬熱電偶的優(yōu)點(diǎn)在于，它們具有非常寬的溫度范圍并且成本低廉。它們的缺點(diǎn)包括相對(duì)較低的精度，并且在非常高的溫度下，它們易于不均勻。

 

　　諾貝爾金屬熱電偶具有非常寬的溫度范圍，具有更高的精度，但價(jià)格更高。像金屬熱電偶一樣，它們也容易不均勻。

 

　　校準(zhǔn)期間失敗的8大原因

 

　　1、熱敏電阻和PRT中的自熱

 

　　校準(zhǔn)熱敏電阻和PRT時(shí)，將施加標(biāo)稱勵(lì)磁電流。所需的電流量通常在校準(zhǔn)報(bào)告或制造商的規(guī)格中說(shuō)明。

 

　　我們從歐姆定律了解到，當(dāng)電流流過(guò)電阻時(shí)，會(huì)消耗功率（I2R）。該功率導(dǎo)致傳感器發(fā)熱；這就是所謂的“自加熱”。校準(zhǔn)溫度傳感器后，已考慮其自發(fā)熱。

 

　　使用任何一種傳感器時(shí)，請(qǐng)確保將讀數(shù)設(shè)置為適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流。電流太少或太大都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。如果施加太多電流，這些傳感器甚至可能會(huì)損壞。

 

　　當(dāng)選擇“熱敏電阻”或“PRT“時(shí)，某些讀數(shù)會(huì)自動(dòng)選擇合適的電流。其他可能需要手動(dòng)設(shè)置。這些設(shè)置通常在探頭設(shè)置菜單中。如果您手動(dòng)選擇電流，請(qǐng)始終參考溫度計(jì)的規(guī)格或校準(zhǔn)報(bào)告以獲取正確的電流。

 

　　2、低絕緣電阻和漏電流

 

　　低絕緣電阻有時(shí)稱為分流電阻，因?yàn)樵试S電流流到測(cè)量電路之外。在電氣上，這就像將另一個(gè)電阻與傳感器并聯(lián)。當(dāng)發(fā)生低絕緣電阻時(shí)，過(guò)渡結(jié)溫度常常變得太熱。（集線器不應(yīng)太熱，以至于很難觸摸。）

 

　　此外，如果護(hù)套彎曲或密封層受損，可能導(dǎo)致絕緣電阻低，從而使水分進(jìn)入傳感器和導(dǎo)線。通常可以通過(guò)正確使用和處理避免此問(wèn)題。

 

　　3、過(guò)渡連接點(diǎn)

 

　　熱敏電阻和PRT通常具有過(guò)渡連接點(diǎn)。過(guò)渡連接點(diǎn)是電纜導(dǎo)線連接到傳感器導(dǎo)線的位置。引線將被焊接或點(diǎn)焊。如果它們被焊接并且結(jié)點(diǎn)變得太熱，則焊料將熔化，從而導(dǎo)致開(kāi)路或斷續(xù)狀態(tài)。

 

　　通常，結(jié)用環(huán)氧樹(shù)脂密封以防止水分和其他污染物。如果密封件承受的溫度超過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂無(wú)法承受的溫度，則密封件可能會(huì)破裂。這使水分和其他污染物可以穿透密封并到達(dá)導(dǎo)線和傳感器。當(dāng)溫度傳感器在低于環(huán)境溫度的溫度下浸泡或環(huán)境濕度較高時(shí)，水分累積最明顯。

 

　　PRT通常包裝有粉末狀的絕緣材料。這種材料使PRT不太容易受到機(jī)械沖擊引起的應(yīng)力的影響。除非存在良好的密封性，否則在低溫下隔熱層會(huì)吸收空氣中的水分。水分或其他污染物會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤，并導(dǎo)致溫度傳感器無(wú)法校準(zhǔn)。滯留的水分也會(huì)帶來(lái)安全隱患。如果絕緣層吸收了很多水分，并且溫度傳感器被置于高溫?zé)嵩粗校謱⒆兂烧羝赡軐?dǎo)致密封件吹脹或破裂護(hù)套。

 

　　4、導(dǎo)線斷裂或斷續(xù)

 

　　如果拉扯，過(guò)度工作或承受壓力，電纜可能會(huì)斷裂，從而導(dǎo)致斷路或斷續(xù)。有時(shí)，傳感器或傳感器引線可能斷開(kāi)或斷續(xù)。直到溫度傳感器被加熱，導(dǎo)致導(dǎo)線膨脹和分離，一些間歇性事件才引起注意。

 

　　即使已經(jīng)非常注意防止斷開(kāi)或斷續(xù)的連接，但只要有足夠的時(shí)間和使用時(shí)間，它們?nèi)钥赡軙?huì)發(fā)生。導(dǎo)線和傳感器導(dǎo)線的反復(fù)膨脹和收縮最終可能會(huì)造成人員傷亡，從而導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂。

 

　　5、污染

 

　　污染可能由化學(xué)物質(zhì)，金屬離子或氧化引起。

 

　　如果液體到達(dá)導(dǎo)線或傳感器導(dǎo)線，則在PRT中可能會(huì)發(fā)生化學(xué)污染。這可以改變鉑的純度，從而改變其電特性。純度的任何變化都是永久性的。

 

　　鉑絲的金屬離子污染通常發(fā)生在600oC或更高溫度下。因?yàn)镻RT傳感器是使用高純度鉑絲制造的，所以它們最容易受到這種類型的污染。金屬離子的污染是不可逆的，會(huì)導(dǎo)致PRT的溫度不斷上升。這在參考溫度極其穩(wěn)定的三水位電池中尤為明顯。當(dāng)PRT制造用于極高的溫度時(shí)，其構(gòu)造應(yīng)使傳感器免受離子污染。

 

　　溫度傳感器護(hù)套通常被密封以防止污染。工業(yè)溫度傳感器和輔助溫度傳感器在密封之前均未排空。因此，通常，它們內(nèi)部將有一些干燥的空氣。當(dāng)它們暴露于各種溫度下時(shí)，會(huì)在電線表面形成氧化。氧化主要影響溫度傳感器，其感測(cè)元件包含鉑絲。氧化會(huì)導(dǎo)致金屬RTD中RTPW（在水三相點(diǎn)處的電阻）增加。幸運(yùn)的是，可以使用制造商建議的溫度和步驟，通過(guò)對(duì)RTD進(jìn)行退火來(lái)去除氧化。在退火前后，將溫度傳感器與水箱三點(diǎn)精度等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。這使您可以確定該過(guò)程是否成功，

 

　　6、磁滯和不可重復(fù)

 

　　磁滯現(xiàn)象是指當(dāng)溫度計(jì)在連續(xù)的溫度范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，溫度傳感器的讀數(shù)會(huì)滯后或出現(xiàn)“記憶”效應(yīng)的情況。測(cè)量值取決于傳感器或電線暴露的先前溫度。如果溫度傳感器是第一次通過(guò)一定范圍的溫度（例如，從冷到熱），它將遵循特定的曲線。如果以相反的順序重復(fù)測(cè)量（在我們的示例中為冷到熱），則具有滯后問(wèn)題的溫度計(jì)將與上一組測(cè)量值有所偏差。如果重復(fù)，則偏移量可能并不總是相同。

 

　　完好無(wú)損的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)（SPRT）不會(huì)出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象，因?yàn)镾PRT設(shè)計(jì)為無(wú)應(yīng)變。但是，堅(jiān)固耐用的PRT并非無(wú)應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)，并且至少具有一些滯后現(xiàn)象。水分進(jìn)入或水分滲入溫度傳感器內(nèi)部，都會(huì)在任何類型的RTD中引起磁滯現(xiàn)象。

 

　　7、不均勻性

 

　　在高溫下使用熱電偶時(shí)，其導(dǎo)線可能會(huì)被污染。這導(dǎo)致導(dǎo)線的局部塞貝克系數(shù)從其初始狀態(tài)改變。換句話說(shuō)，這改變了電線對(duì)溫度變化的敏感性。但是，沿?zé)犭娕嫉拈L(zhǎng)度方向暴露的溫度和污染可能并不均勻。塞貝克系數(shù)隨即成為沿?zé)犭娕嘉恢玫暮瘮?shù)。這導(dǎo)致測(cè)量誤差，該誤差取決于熱電偶在整個(gè)熱電偶的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)所承受的溫度曲線，而不僅是測(cè)量結(jié)點(diǎn)處的溫度。

 

　　8、短期穩(wěn)定性

 

　　測(cè)量可重復(fù)性是一個(gè)可以用多種不同方式使用的術(shù)語(yǔ)。它應(yīng)該由使用該術(shù)語(yǔ)的人員定義。它通常是指熱循環(huán)或校準(zhǔn)過(guò)程中RTPW的可重復(fù)性。

 

　　當(dāng)溫度傳感器不能滿足其短期穩(wěn)定性指標(biāo)時(shí)，這意味著在特定溫度下測(cè)量之間的偏差超出了其指標(biāo)。這可能是由于較大的標(biāo)準(zhǔn)偏差或沿一個(gè)方向連續(xù)漂移的讀數(shù)引起的。短期穩(wěn)定性問(wèn)題的潛在原因包括：

 

　　濕氣

 

　　污染

 

　　應(yīng)變

 

　　漏電流

 

　　機(jī)械沖擊

 

　　不均勻性

 

　　為防止溫度傳感器故障并避免污染，在惡劣環(huán)境中使用溫度傳感器時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。請(qǐng)勿使過(guò)渡結(jié)承受高于或低于環(huán)氧密封或過(guò)渡結(jié)所能承受的溫度。請(qǐng)參考溫度傳感器的規(guī)格，或與溫度傳感器制造商聯(lián)系以獲取過(guò)渡結(jié)溫度規(guī)格。如果過(guò)渡節(jié)點(diǎn)有可能暴露在高溫甚至微弱的高溫下，則建議使用隔熱罩或散熱器。

 

　　其他防止失敗的方法：

 

　　請(qǐng)勿摔落，撞擊或振動(dòng)PRT.

 

　　切勿彎曲未設(shè)計(jì)成可彎曲的護(hù)套。即使輕微的彎曲也會(huì)對(duì)校準(zhǔn)或溫度傳感器的使用壽命產(chǎn)生不利影響。

 

　　切勿將過(guò)渡接頭浸入液體中。

 

　　切勿超出溫度傳感器的溫度規(guī)格。

 

　　請(qǐng)勿長(zhǎng)時(shí)間浸泡溫度傳感器，尤其是在可能發(fā)生氧化的溫度下。

 

　　請(qǐng)勿拉扯或過(guò)度拉緊溫度傳感器電纜。


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