如何为工业应用选择最佳的温度传感器

在工业环境中，高过程温度、压力和振动使得有必要使用坚固的温度传感器。还需要快速响应时间、准确性和稳定性。虽然有多种类型的温度传感器可用，例如热敏电阻、红外高温计、光纤等，但过程测量行业中最常用的两种是电阻温度检测器 (RTD) 和热电偶 (TC)等工业温度传感器。

RTD 提供的灵敏度（可检测到的最小温度变化）、可重复性和漂移比热电偶好一个数量级，如表 1-1 所示。阈值灵敏度和可重复性是精度的三个最重要组成部分中的两个。另一个最重要的组成部分，分辨率，由发射器设置。漂移对于延长校准和在正确设定点运行的温度回路之间的时间很重要。
此表中的数据可追溯到 1970 年代，因此不包括热电偶传感元件技术和优质与标准等级的改进。然而，差异是如此巨大，以至于信息仍然相同。表中显示的 RTD 温度范围是乐观的。在温度高于 500°C 时，传感器护套绝缘电阻的变化会导致 10°C 或更多的误差。热电偶有许多公认的优点，但如果您更仔细地检查它们，您会发现它们并不像工业过程中所认为的那么重要。热电偶比 RTD温度传感器更坚固。

然而，良好的热套管设计和良好的安装实践使 RTD温度传感器足够坚固，即使对于高速流和核应用也是如此。热电偶似乎更便宜，直到您开始包括延长引线的成本以及因传感器灵敏度和可重复性较低而产生的额外过程可变性的成本。不考虑在分布式控制系统 (DCS) 中使用 TC 或 RTD温度传感器输入卡的情况，因为这些输入卡引入的误差为跨度百分比很大，并且单个传感器偏移和漂移误差无法单独纠正，因为它们是配备专用温度变送器。

表1-1 感温元件的精度、量程和尺寸

IEC 751 标准描述了铂 RTD温度传感器的电阻与 RTD温度传感器承受的温度之间的理想关系。实际 RTD温度传感器曲线与理想 RTD温度传感器曲线之间的差异会导致测量误差，称为传感器互换性误差。Callendar-Van Dusen 方程提供了 IEC 751 标准的替代方案。

可以将该等式编程到变送器中，以便变送器可以使用实际的 RTD温度传感器曲线而不是理想曲线（例如，IEC 751 标准）将传感器的电阻信号转换为温度值。Callendar-Van Dusen 方程使变送器校准与传感器匹配。当更换传感器时，方程的参数被输入到变送器中。选择 RTD 或 T/C 的主要原因可总结在以下列表中。在所有情况下，假定使用现场温度变送器而不是 DCS TC 或 RTD 输入卡。

为什么使用 RTD 而不是 TC？
●RTD 具有更好的准确性和可重复性。
●RTD 信号不易受噪声影响（更高的信噪比）。
●RTD 在温度范围内具有更好的线性度。
●RTD 可以使用 Callendar-Van Dusen 方程来提供发射器-传感器匹配
●冷端补偿和相关误差与 RTD 无关。
●RTD 漂移是可预测的，而 T/C 漂移是不稳定且不可预测的。此外，高温下的元素中毒和氧化会导致 TC 漂移误差很大。
●由于机械冲击、中毒和温度循环，影响 RTD 或 TC 输出的变化会随着时间的推移而发生。这些变化可以通过在线 RTD 校准来消除，该选项不适用于 TC。
●RTD 不需要特殊的延长线。

为什么使用 TC 而不是 RTD？
●TC 在更高温度（高于 1100 °F [593 °C]）下的功能比 RTD 更好。
●在常见温度范围内，TC 传感器比 RTD 便宜。对于集成安装的变送器，TC 的总安装成本较低。
●TC 具有比 RTD 更快的响应时间，但这只是在非常快速的温度过程（过程时间滞后 < 10 秒）中裸元件的一个考虑因素。
您现在应该认识到在选择温度传感器时漂移、阈值灵敏度、可重复性和范围的重要性。这些知识提供了基本的第一步，即设置控制回路的能力，以将温度和因此许多成分保持在其最佳工作点。这里的原理可以扩展到其他传感器。在下一篇文章中，我们将介绍下一步，即传感器安装。
 

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