如何决定一个温度传感器功能和性能要求?
使用以下特性来定义您的温度传感器功能和性能。这些适用于所有类型的温度传感器,但有一些警告和特殊情况。在选择传感器时,要了解每个特性对您的测量的影响,一定要选择与您的项目需求密切相关的传感器。
温度范围
传感器的温度范围定义了传感器额定安全操作的温度,并提供准确的测量值。每种类型的热电偶都有特定的温度范围,具体取决于用于制造热电偶的金属的特性。RTD提供更小的温度范围以换取更好的线性度和精度,而热敏电阻提供最低的温度范围但具有出色的灵敏度。了解传感器可以暴露的整个温度范围有助于防止损坏传感器,同时确保更好的测量。
线性度
理想的传感器应该具有完美的线性响应:温度的单位变化将导致传感器电压输出在整个温度范围内的单位变化。然而,实际上,没有传感器是完全线性的。图1提供了本白皮书中研究的三个传感器的温度-电压响应概念。
传感器温度对输出响应
灵敏度
给定传感器的灵敏度表示给定温度变化的可测量输出的百分比变化。与热电偶等灵敏度较低的传感器相比,灵敏度较高的传感器(例如热敏电阻)可以更容易地检测到温度的微小变化。然而,这种灵敏度是以牺牲线性为代价的。在为您测量的温度确定理想的传感器选择时,这可能是一个重要因素。如果您打算在较小的温度范围内捕获度数变化的一小部分,则热敏电阻或RTD更为理想。为了在更宽的温度范围内捕捉更大的温度变化,热电偶可能就足够了。图2显示了电压的相对概念。
各种温度传感器类型的灵敏度
响应时间
响应时间是测量传感器响应温度变化所需的时间。许多因素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比较小的要慢。作为这一缺点和不良热分流的交换,较大的RTD或热敏电阻不太容易出现自热错误。同样,未接地的热电偶结提供较慢的响应时间以换取电气隔离。图3显示了未接地和接地热电偶之间响应时间的相对差异。
接地和未接地热电偶的响应时间
稳定
温度传感器的稳定性表明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。出于这个原因并确保低反应性,RTD通常由铂制成。然而,铂键合基板长时间暴露在高温下可能会变形,这会导致额外的和意外的应变,从而导致测量电阻的变化。
准确性
与任何测量应用一样,了解您的精度需求对于确保可靠的结果至关重要。您的传感器和测量硬件选择对绝对测量精度起着重要作用,但较小的细节,例如接线、与其他设备的相对接近程度、屏蔽和接地,也会影响精度。选择传感器时,请注意规定的公差和任何可能影响规格的因素(例如,长时间暴露在高温下)。还要小心选择具有相似精度的传感器和测量设备。紧公差RTD的成本更高,但如果您使用低质量的测量设备,您可能无法获得额外的精度。
耐用性
为了确保您的温度传感器在您的应用程序中保持正常运行,您需要了解它们的部署环境。一些传感器(例如热电偶)由于其结构而在本质上更耐用。但是,为特定热电偶选择的金属具有不同的耐腐蚀性。此外,封装在隔离矿物和保护性金属护套中的传感器随着时间的推移更耐磨损和腐蚀,但成本更高,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,以确保强大的物理和热连接。
成本
与项目的任何方面一样,成本可能是一个关键的限制因素。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超过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一定程度的信号调理,以充分收集和数字化测量信号进行处理。您选择的测量硬件在确保准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。这些信号调理功能包括:
·放大
·冷端补偿(仅限热电偶)
·过滤
·励磁(仅限RTD和热敏电阻)
·偏移误差调整
·缩放到温度单位
·引线电阻校正
·通道间隔离
·开路热电偶检测(仅限热电偶)
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