RTD温度传感器基本原理

2021-06-18       来源:www.weilianchina.com       
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RTD温度传感器 定义: 电阻温度计,也称为电阻温度探测器,是用来测量温度的传感器。

电阻温度计公差、分类及比较
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温度范围
 
内部组装结构分为低温和高温两种:
 
低温:-200 °c 至 + 250 °c
 
高温:-200 °c 至 + 600 °c
 
低温: 3毫米,4.8毫米,6毫米,8毫米,9.5毫米直径316 SS 管氧化铝粉末填充。
 
高温: 3毫米,6毫米直径316不锈钢金属护套矿物绝缘。
 
 
 
引线配置和颜色代码
RTD温度传感器和pt100有什么区别? 上海维连电子最大电流对于最小自热传感器推荐的典型电流值在1到5mA 之间。

RTD温度传感器基本原理
热释电阻温度探测器(RTDs)是专门设计的,以确保精确和可重复的温度与电阻特性。该传感器构建在一个独特的应变免费的方式,并只使用高品质的 RTD 元素。根据客户要求,使用陶瓷、线绕元件、平膜技术元件或军用特殊防振元件,以确保提供最合适的规格。
 
特点和好处
 
准确性。一个特殊的过程结合应变免费建设与全缠绕支持可靠,准确的读数在标准的 RTD 元件,并在平面薄膜元件的铂是蚀刻在基板上。
 
高信号噪声输出,提高数据传输精度,允许传感器和测量设备之间更远的距离。
 
互换性。无应变结构和精密微调允许不同批次的元件被替换而不需要重新校准。
 
敏感性。自我加热是最小的,允许精确测量。当绝缘电阻值超过 IEC-751标准时,温度系数(alpha)被严格控制在行业标准之内。
 
标准化。这些元素可以满足或超过各种标准化机构的要求。IEC-751标准公差等级 a 和 b 分别非常适合工业应用。公差等级高达1/10 DIN 也可以提供更高的精度要求
 
在较宽温度范围内的物理和化学稳定性。烟火销售使用一个高度控制的制造过程。标准元件是建立抵抗机械振动和冲击,但是,在有高暴露于机械振动,特别制造的军事规格厚膜 RTD 元件可以提供适合的应用。
 
即使长时间暴露在操作范围内的温度下,所有元素的重复性都超过 IEC-751的重复性值。
 
应用
•空气调节和制冷维修
•食物处理
•炉子和烤架
•纺织品制造
•塑料加工
•石油化工加工
•微电子
•测量空气、气体和液体的温度
•废气温度测量
 
何时使用 RTD温度传感器?
•当准确性和稳定性是客户规范的要求时
•当准确度必须扩展到很宽的温度范围时
•当区域,而不是点传感,改善控制
•当需要高度的标准化时
 
优点:
•宽工作范围内的线性
•宽温操作范围
•高温工作范围
•宽范围的互换性
•高温稳定性好
 
缺点:
•低灵敏度
•成本高于 热电偶
•没有点感觉
•受冲击和振动影响的
•需要三线四线操作
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安装
当安装 RTD温度传感器 元件时,主要考虑的是有足够的浸泡,以确保维连RTD温度传感器 不平均工艺和设备或结构外的温度。RTD 不像热电偶那样是一个点测量装置,因此需要有一个完全浸没的主动传感区域,以确保 RTD温度传感器 是测量实际工艺温度。
 
当安装维连热电偶套管时,沿着传感器轴好的热传递40毫米是至关重要的。
 
图1显示了 RTD 温度传感器的活动传感区域。这个区域取决于在构建中使用的 RTD 温度传感器的长度。
 
传感器可以设计成提供平均温度指示。
 
传感器的选择
在为您的需求选择正确的 RTD温度传感器时,有许多选项可供考虑:
•额定温度
•公差、精度和互换性
•时间响应
•与控制或测量设备的距离
 
温度等级
RTD温度传感器 由传感元件、连接传感元件和测量仪器的导线以及在此过程中用于定位传感元件的某种支撑物组成。这些材料中的每一种都对热电阻能够接触到的温度设置了限制。
 
敏感元件是一个电阻器,其电阻随温度变化。这种阻力的变化是可以理解的,并且是可重复的。电阻温度传感器中的传感元件通常包含一个线圈,或者一个带有铂金蚀刻膜的衬底。延长线连接到传感元件,使其电阻可以测量从一段距离以外。传感元件插入保护套(通常为不锈钢)。一般而言,铂敏感元件可以暴露在高达650摄氏度的高温下。其他材料,如镍或铜也可以使用,但是,他们的有用温度范围低于铂。所有这些材料的使用温度见表1。
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电线绝缘使用也直接影响温度的热电阻可以暴露。表2A 包含常用的电线和绝缘材料及其最高使用温度。将传感元件与读出器或控制仪表连接的导线通常由镍、镍合金、镀银铜或镀镍铜等材料制成。见表2B
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最常用的结构是将维连 RTD 温度传感器和连接电线放入封闭的金属管中,用减振和/或传热材料如氧化铝粉末包装管子,并用环氧树脂、硅树脂或陶瓷水泥封闭管子的开口端。Rtd 中最常用的金属管是由316不锈钢(约为480 ° c)或 镀镍铜 (约为650 ° c)制成。减振/传热材料在温度范围内变化很大。这些材料是由制造商选择,以提供最佳性能的基础上最高温度预期使用。
 
另一种常见的结构是使用矿物绝缘金属护套(MIMS)电缆,其中 RTD温度传感器插入一个钻孔,连接到氧化镁(MgO)绝缘的镍或铜电线上。末端用氧化镁绝缘,末端封闭焊接,另一端有延长线连接,然后密封如上。
 
环氧树脂密封化合物通常不会用于200至260 ° c 以上。陶瓷水泥可以暴露在1200摄氏度或更高的温度下,但需要密封剂来保持水分不进入水泥,以及下面的振动抑制/热传递材料。
 
铂热电阻温度最低的材料通常是建筑中使用的电线和绝缘材料。热销有低温和高温两种结构。在低温结构中,聚四氟乙烯绝缘镀镍铜线用于连接 RTD温度传感器。不锈钢管是填充氧化铝粉末,以提供支持的元素,并有一个环氧树脂密封。这种结构通常被限制在250 ° c。
 
高温建筑使用镍线和陶瓷绝缘体,或 MIMS 电缆含有镍线。所述镍线和陶瓷结构为填充氧化铝粉以支撑所述元件。密封胶的使用将取决于温度的额定值的过渡点。这两种类型的结构都能够使用到大约650 ° c,然而,如果仔细选择元素,并使用 Inconel 护套 MIMS 电缆,这可以扩展到大约850 ° c。
 
公差、精度和互换性:
 
公差和精度是温度测量中最容易被误解的术语。公差一词是指在某一特定点上的不确定程度或可能的误差。精度是指在规定范围内公差的无限数量。
 
例如,RTDs 包含一个敏感元件,该元件在特定温度下具有特定的电阻。这一要求最常见的例子是 DIN/IEC 标准。为了满足 DIN/IEC 标准的要求,一个 RTD 必须在0 ° c 具有100欧姆 ± 0.12% (或0.12欧姆)的电阻,才能被认为是 b 级传感器(a 级传感器为100欧姆 ± 0.06%)。公差 ± 0.12欧姆只适用于0 ° c 的电阻,不能适用于任何其他温度。下面是 a 类 RTDs 的互换性表,它为用户提供了特定温度下的公差表。见表3。
 
引线电阻对被测电阻有重大影响。补偿这些额外电阻的能力将影响所选择的装配类型和系统精度。最常见的组装类型是三线制 RTD。在这里,引线电阻在桥式电路中得到补偿。为了达到最高的精度,唯一的选择是使用一个4线电阻,其中导线电阻误差是消除。RTD温度传感器基本原理 上海维连电子
时间响应
 
在选择最适合您的工艺的装配风格时,必须考虑传感器对温度变化的反应速度。如果使用热电偶套管,响应时间将大大增加,在设计热电偶套管/传感器系统时必须注意。热电偶套管内径应该与 RTD温度传感器 直径紧密匹配,以便实现良好的热接触,从而使热传递最大化。
 
如果快速响应是一个标准,那么元素和探针越小,时间响应就会越快。然后在可实现的响应时间和传感器是否适合承受工艺环境之间进行权衡。
 
与控制或测量设备的距离
 
RTD温度传感器 安装的位置将决定所需的 RTD 类型。如果控制/测量点相对接近安装的传感器,那么将电缆直接连接到仪器是可行的。对于较长的距离,检查仪器的输入规格,以确定引线阻抗是否过大。在这些情况下,推荐使用4-20mA 的发射机。
(4-20mA 的发射机将电阻转换为电流,通过两根导线传输,损耗最小)。
 
故障排除
 
与 RTD 程序集相关的问题往往是直接了当和容易解决的。由于 RTD 元件容易受到振动或机械冲击的破坏,最有可能的问题是元件是开路的。根据装配的类型,可以用万用表轻松地确定这一点。
 
漂移问题通常更加微妙。由于铂很容易被污染,引入杂质可以改变基本电阻,而且对温度响应的电阻与纯铂的电阻有很大的不同。在这种情况下,确定是否存在误差的唯一方法是校准 RTD 传感器。
 
Rtd温度传感器的优点及缺点
 
每种类型的温度传感器都有各自的优缺点。
 
优点:
 
Rtd 通常用于重复性和准确性是重要考虑因素的应用场合。正确构造的 Pt100 RTDs 具有可重复的电阻随时间变化的温度特性。如果一个过程将在一个特定的温度下运行,那么 RTD温度传感器 在该温度下的电阻可以在实验室中测定,并且随着时间的推移不会发生显著的变化。Rtd 还允许更容易的互换性,因为其原来的变化是远远低于热电偶。例如,在200 ° c 使用的 k 型热电偶的标准误差极限为 ± 2.2 ° c。在同一温度下,Pt100 DIN,b 级铂电阻器具有 ± 1.3 ° c 的互换性。Rtd 还可以与标准仪表电缆一起使用,用于连接显示或控制设备,其中热电偶必须有相应的热电偶线,以获得准确的测量。
 
热电阻缺点:
 
在相同的配置,您可以期望支付更多的热电阻比一个基本金属热电偶。RTDs 比热电偶更昂贵,因为需要更多的结构来制造 RTD,包括传感元件的制造,接线和传感器的组装。由于传感元件的结构,rtd 在高振动和机械冲击环境中的性能不如热电偶。工业 RTDs 的温度也被限制在650摄氏度,而热电偶的温度可高达1700摄氏度。
 
热电阻或热电偶
 
热电偶和 RTD温度传感器都是测定工艺温度的有用传感器。在其温度范围内,RTD温度传感器 比热电偶具有更高的精度,因为铂是一种比大多数热电偶材料更稳定的材料。Rtd温度传感器 还使用标准的仪表线连接到测量或控制设备,这有能力降低整体安装成本。
 
热电偶一般比 rtd温度传感器 便宜。他们是更持久的高振动或机械冲击应用,可用于更高的温度。热电偶的尺寸可以比大多数 rtd温度传感器 更小,它们可以根据特定的应用形成。

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