上海維連電子科技有限公司
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閱讀：11發布時間：2025-1-26
如何為工業應用選擇的溫度傳感器
在工業環境中，高過程溫度、壓力和振動使得有必要使用堅固的溫度傳感器。還需要快速響應時間、準確性和穩定性。雖然有多種類型的溫度傳感器可用，例如熱敏電阻、紅外高溫計、光纖等，但過程測量行業中的兩種是電阻溫度檢測器 (RTD) 和熱電偶 (TC)等工業溫度傳感器。
RTD 提供的靈敏度（可檢測到的最小溫度變化）、可重復性和漂移比熱電偶好一個數量級，如表 1-1 所示。閾值靈敏度和可重復性是精度的三個最重要組成部分中的兩個。另一個最重要的組成部分，分辨率，由發射器設置。漂移對于延長校準和在正確設定點運行的溫度回路之間的時間很重要。
此表中的數據可追溯到 1970 年代，因此不包括熱電偶傳感元件技術和優質與標準等級的改進。然而，差異是如此巨大，以至于信息仍然相同。表中顯示的 RTD 溫度范圍是樂觀的。在溫度高于 500°C 時，傳感器護套絕緣電阻的變化會導致 10°C 或更多的誤差。熱電偶有許多的優點，但如果您更仔細地檢查它們，您會發現它們并不像工業過程中所認為的那么重要。熱電偶比 RTD溫度傳感器更堅固。
然而，良好的熱套管設計和良好的安裝實踐使 RTD溫度傳感器足夠堅固，即使對于高速流和核應用也是如此。熱電偶似乎更便宜，直到您開始包括延長引線的成本以及因傳感器靈敏度和可重復性較低而產生的額外過程可變性的成本。不考慮在分布式控制系統 (DCS) 中使用 TC 或 RTD溫度傳感器輸入卡的情況，因為這些輸入卡引入的誤差為跨度百分比很大，并且單個傳感器偏移和漂移誤差無法單獨糾正，因為它們是配備專用溫度變送器。
表1-1 感溫元件的精度、量程和尺寸
IEC 751 標準描述了鉑 RTD溫度傳感器的電阻與 RTD溫度傳感器承受的溫度之間的理想關系。實際 RTD溫度傳感器曲線與理想 RTD溫度傳感器曲線之間的差異會導致測量誤差，稱為傳感器互換性誤差。Callendar-Van Dusen 方程提供了 IEC 751 標準的替代方案。
可以將該等式編程到變送器中，以便變送器可以使用實際的 RTD溫度傳感器曲線而不是理想曲線（例如，IEC 751 標準）將傳感器的電阻信號轉換為溫度值。Callendar-Van Dusen 方程使變送器校準與傳感器匹配。當更換傳感器時，方程的參數被輸入到變送器中。選擇 RTD 或 T/C 的主要原因可總結在以下列表中。在所有情況下，假定使用現場溫度變送器而不是 DCS TC 或 RTD 輸入卡。
為什么使用 RTD 而不是 TC？
●RTD 具有更好的準確性和可重復性。
●RTD 信號不易受噪聲影響（更高的信噪比）。
●RTD 在溫度范圍內具有更好的線性度。
●RTD 可以使用 Callendar-Van Dusen 方程來提供發射器-傳感器匹配
●冷端補償和相關誤差與 RTD 無關。
●RTD 漂移是可預測的，而 T/C 漂移是不穩定且不可預測的。此外，高溫下的元素中毒和氧化會導致 TC 漂移誤差很大。
●由于機械沖擊、中毒和溫度循環，影響 RTD 或 TC 輸出的變化會隨著時間的推移而發生。這些變化可以通過在線 RTD 校準來消除，該選項不適用于 TC。
●RTD 不需要特殊的延長線。
為什么使用 TC 而不是 RTD？
●TC 在更高溫度（高于 1100 °F [593 °C]）下的功能比 RTD 更好。
●在常見溫度范圍內，TC 傳感器比 RTD 便宜。對于集成安裝的變送器，TC 的總安裝成本較低。
●TC 具有比 RTD 更快的響應時間，但這只是在非常快速的溫度過程（過程時間滯后 < 10 秒）中裸元件的一個考慮因素。
您現在應該認識到在選擇溫度傳感器時漂移、閾值靈敏度、可重復性和范圍的重要性。這些知識提供了基本的步，即設置控制回路的能力，以將溫度和因此許多成分保持在其工作點。這里的原理可以擴展到其他傳感器。在下一篇文章中，我們將介紹下一步，即傳感器安裝。
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