温度传感器种类介绍：

您可以从各种传感器中进行选择，以将温度现象转换为可测量的信号。三种常见的传感器种类是热电偶，RTD和热敏电阻。每个都有其自己的操作原理，优点，注意事项和缺点。本文档提供几种温度传感器的比较，可帮助您选择适合您的应用需求的最佳温度传感器。

 

除了传感器本身的特性（工作范围，灵敏度，线性，响应时间等）之外，您还必须考虑每种传感器类型对测量硬件的要求。例如，热电偶不需要电流激励（与热敏电阻不同），但确实需要冷端补偿，这仅在某些测量硬件系统中可用。

 

表1显示了三种常见传感器的不同特性：

特性	热电偶	热电阻	热敏电阻
温度范围	优秀的	大	好
	-210°C至1760°C	-240°C至650°C	-40°C至250°C
线性度	公平	好	较差的
灵敏度	低	介质	很高
响应时间	中速	介质	中速
稳定性	公平	好	较差的
准确性	介质	高	介质
容易自发热？	没有	是的，最小	是的，高度
耐用性	优秀的	好	较差的
成本	最低	高	低
信号调理要求	冷端补偿	激发	激发
	放大	铅电阻校正	缩放比例
	开路热电偶检测	缩放比例
	缩放比例

 

选择温度传感器的步骤

1、彻底了解测量应用和要求。

•温度会多快变化？确定适当的响应时间。

•部署的时间长短/传感器的可维修性如何？选择足够耐用以减少维护的传感器类型。

•需要多少精度？考虑传感器精度对整体测量精度的影响。

2、确定您必须测量的温度范围。

•选择一个在可能的温度范围之外运行的传感器类型。

•考虑满足您范围要求的每种类型的线性；请在您感兴趣的范围内选择线性响应最强的类型，以提高电压或电阻到温度的转换精度。

3、考虑要在其中部署传感器的环境。

•选择合适的护套材料以抵抗任何化学暴露。

•确定是否需要隔离以防止接地回路/噪声。

•如果将传感器暴露于震动或磨损下，请确保它们具有承受振动或磨损的能力。

4、考虑如何安装传感器，并选择合适的安装方式以最大化热连接。

5、选择必要的测量硬件以调节，采集，分析和显示/保存温度信号。

 

 

 

温度传感器特性

使用以下特征定义温度传感器的功能和性能。这些适用于所有类型的温度传感器，但有一些警告和极端情况。选择传感器时，请了解每个特性对测量的影响，并确保选择与项目要求紧密匹配的传感器。

 

温度范围

传感器的温度范围定义了传感器可以安全运行并提供准确测量值的温度。每种类型的热电偶都有一个特定的温度范围，该温度范围取决于用于创建该热电偶的金属的特性。RTD提供了一个较小的温度范围，以换取更好的线性度和精度，而热敏电阻提供了最低的温度范围，但灵敏度却很高。了解整个温度范围后，您可以将传感器暴露在高温下，从而有助于防止传感器损坏，同时确保更好的测量结果。

 

线性度

理想的传感器将具有完美的线性响应：温度的单位变化将导致传感器整个温度范围内的电压输出单位变化。但是，实际上，没有传感器是完全线性的。图1提供了本白皮书检查的三个传感器的温度-电压响应的想法。

 

灵敏度

给定传感器的灵敏度表示对于给定温度变化，可测量输出的百分比变化。较敏感的传感器（如热敏电阻）比较不敏感的传感器（如热电偶）更容易检测到温度的微小变化。然而，这种灵敏度是以线性为代价的。在确定要测量的温度的理想传感器选择时，这可能是一个重要因素。如果打算在较小的温度范围内捕获度的变化，则热敏电阻或RTD更为理想。为了在更宽的温度范围内捕获更大的温度变化，热电偶就足够了。图2给出了电压的相对概念。

 

响应时间

响应时间是传感器响应温度变化所花费时间的量度。许多因素都会导致响应时间增加或减少。例如，较大的RTD或热敏电阻的响应时间要比较小的RTD或热敏电阻慢。作为该缺点和较差的热分流的交换，较大的RTD或热敏电阻不太容易受到自热误差的影响。同样，不接地的热电偶结提供较慢的响应时间以换取电隔离。图3显示了未接地和接地的热电偶的响应时间的相对差异。

 

稳定性

温度传感器的稳定性表明了其在给定温度下保持一致输出的能力  。材料在给定传感器的稳定性中起着关键作用。出于这个原因，RTD通常由铂制成，并确保低反应性。但是，与铂结合的基材在长时间暴露于高温下可能会变形，这可能会导致额外的意外应变，从而导致测量电阻发生变化。

 

准确性

与任何测量应用程序一样，了解您的精度需求对于确保获得可靠的结果至关重要。传感器和测量硬件的选择在绝对测量精度中起着重要作用，但是较小的细节（例如电缆，与其他设备的相对距离，屏蔽，接地等）也会影响精度。选择传感器时，请注意指定的公差以及可能影响该规格的任何因素（例如，长时间暴露在高温下）。同样要小心选择精度相近的传感器和测量设备。严格的公差RTD会带来更高的成本，但如果使用低质量的测量设备，则可能无法获得更高的精度。

 

耐用性

为确保温度传感器在整个应用过程中均能正常运行，您需要了解温度传感器的部署环境。一些传感器（例如热电偶）由于其结构而固有地更耐用。但是，为特定的热电偶选择的金属具有不同的耐腐蚀性。此外，用隔离矿物和保护性金属护套包裹的传感器随着时间的推移更耐磨损和腐蚀，但成本更高且灵敏度更低。您还应该注意，不同的传感器配置可能有特殊的安装要求，以确保牢固的物理和热连接。

 

成本

与项目的任何方面一样，成本可能是关键的限制因素。例如，在高通道数应用中，与热电偶相比，成本的相对增加可能会抵消RTD的线性优势。在考虑系统总成本时，还必须考虑布线，安装和信号调节的额外成本。

 

信号调理要求

每种类型的温度传感器都需要某种程度的信号调节，以充分获取和数字化测量信号进行处理。您选择的测量硬件在确保精确测量方面与传感器一样重要，并且可以减轻或加剧每种传感器类型的缺点。这些信号调节功能包括：

 

•放大

•冷端补偿（仅热电偶）

•筛选

•励磁（仅RTD和热敏电阻）

•偏移误差调整

•缩放至温度单位

•引线电阻校正

•通道间隔离

•开路热电偶检测（仅热电偶）