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      如何選擇溫度傳感器的9個重要概念

      來源:發表時間:2018-11-30


            想象一下,你是一名儀表工程師。您正在查看新工廠的印刷品,您會看到許多標記為溫度傳感器的位置。你問自己;什么指定填補每個空間?RTD具有高精度和線性度?或者熱電偶因為它們的成本和熟悉度較低?有沒有指定填充這些空間?

      選擇使用何種類型的溫度傳感器會影響工廠設備的設計和安裝的許多其他方面,例如:

      需要運行什么類型的電線?

            電線另一端的控制室內的儀器類型是什么?是否有帶端子排或變送器的本地接線盒,如果有,需要什么類型的變送器?

            這些僅僅是一些細節,我們甚至沒有涉及傳感器本身的實際選擇和設計。我們之前已經閱讀了有關此主題的所有文章,但只要有問題,我們將提供更多信息,以幫助對每個申請做出明智和明智的決定。讓我們看一下大局,并嘗試以合理的方式縮小選擇范圍。首先,我們將看看如何選擇溫度傳感器的9個重要概念。只有這樣我們才能討論更好的觀點; 例如符合規格。

      1、溫度范圍:

            國際溫標(ITS-90)通過使用在指定固定點校準的鉑電阻溫度計(PRT)定義溫度在13.8009°K(961.78°C)之間。雖然這在實驗室中很好,但你不太可能找到能夠充分覆蓋整個范圍的工業級RTD。請注意,標準說PRT的復數; 在實驗室情況下,一個PRT不能充分覆蓋整個范圍。ASTM定義鉑RTD可在-200°C至650°C的溫度范圍內使用。即使IEC將上限擴展到850°C,這也是一個很好的指導方針。工業級鉑金RTD可以在850°C的溫度下使用,但是任何人都不能輕易完成。此外,您可能會發現標準保修對此類服務無效。幸好,

      2、準確度:

            在溫度范圍之后,這基本上有助于我們選擇是否我們甚至可以考慮特定的傳感器用于我們的應用,我們可以評估各種類型的準確性。標準的ASTM B級RTD將在0°C時提供+/- 0.25°C的真實準確度(與公布的R與T表相比)。由于溫度系數的變化,相同的B級溫度計可能僅在溫度為3.0°C,溫度為650°C時提供溫度讀數。更準確的A級RTD可在1.24°C,650°C下工作。

            相比之下,最常見的J和K型賤金屬熱電偶在標準精度下提供2.2°C或0.75%(以較大者為準)的精度。這可能在650°C時達到+/- 4.875°C,遠遠高于B級RTD。對于B級RTD與標準公差熱電偶,以及A級RTDS與選擇特殊容差限制的熱電偶,在整個范圍內都是如此,直到RTD的上限為650°C。簡單地說; 如果準確性對您很重要,并且所有其他條件允許,請選擇熱電偶上的RTD。

      3、重復性/穩定性:

            由于應用程序對結果產生巨大影響,因此對于RTD或熱電偶來說,這并不容易量化。例如;表1,注3說明:“注意:用戶應注意熱電偶材料的某些特性,包括電動勢與溫度的關系可能隨著使用時間的變化而變化;因此,測試結果和時間獲得的性能制造可能不一定適用于整個使用期限。本表中給出的公差僅適用于交付給用戶的新電線,并且不允許隨使用情況而改變特性這種變化的大小將取決于電線等因素尺寸,溫度,暴露時間和環境?!?/p>

            對于要求設備的穩定性保持在特定的精度等級(即:B級),進行為期四周的測試。IEC-751更進一步,要求B類RTD必須在最高溫度下保持250小時,在最低溫度下保持250小時,電阻變化不超過0.3°C。必須保持相同的要求10分鐘/最大循環。這是總共5000小時,或極端超過208天。熱電偶通常不會像這些那樣嚴格地在穩定性/重復性限度內執行。

      4、振動:

            這是熱電偶可能具有輕微優勢的一個領域。由于熱電偶結構中使用的電線尺寸很大,它們比大多數RTD更能承受高振動。請記住,前面提到的1/4“OD礦物絕緣熱電偶內部有16個AWG導體,這些導體用于形成熱電偶結。另一方面,繞線RTD元件可能有大約26-30個導線。 AWG連接到非常細的鉑絲上,用于纏繞傳感器本身。這些繞組中的導線直徑通常在15到35微米(即大約0.00059-0.00138英寸)的范圍內,因此非常脆弱。已知高振動會在一些不完全支撐結構的繞線電阻元件中引起問題。故障可能是開路,噪聲信號或間歇性高讀數的形式。

            完全支持的繞線,以及認為薄膜RTD比半支撐類型更好一些。但請注意,元件引線仍然只有26-30AWG,因此相對容易受到持續高振動引起的斷裂。此外,RTD制造商必須特別注意將這些元素妥善包裝,以便他們看到它們的堅固環境。

      5、響應時間:

            這是上海自動化儀表三廠優于RTD的另一個領域,理解其原因只是物理學的一個簡單問題。接觸式溫度傳感器不會指示它們周圍區域的溫度,它們表示它們自身敏感區域的溫度。為了使任何接觸溫度傳感器指示其接觸的溫度,傳感器必須首先與該環境達到熱平衡。我們不討論兩者從未實際達到相同溫度的理論方面,而只討論一段時間后兩者大致處于熱平衡的事實。

            最基本的熱電偶僅僅是兩根不同金屬線的連接點。這可以是珠狀結,或對接焊接結,其結果與熱電偶線本身幾乎相同。為了指示周圍溫度,結必須處于該溫度。該結的直徑可能僅為0.010英寸(對于30 AWG電線熱電偶),如果使用更細的電線,則可能更小.RTD需要纏繞在成型器周圍或內部的一段細鉑絲,或者沉積在其上的鉑層在所有情況下,都有一個與這種惰性絕緣成形器接觸的鉑金區域(這是RTD的敏感部分),并且兩者的物理尺寸都大于焊接接頭(一般來說)。鉑金和絕緣體都具有熱質量,在傳感器能夠提供準確讀數之前必須與周圍環境達到平衡。由于此處涉及的熱質量通常高于熱電偶結點,因此熱電偶在置于類似環境中時響應更快。

            只有在達到每種類型的極快響應時間并使用裸電阻元件和暴露的熱電偶結時,上述說法才是真實的。如果兩個傳感器都封裝在金屬護套內,并且熱電偶接頭與護套隔離(如同RTD電路一樣),則響應時間將非常相似。

      6、靈敏度:

            在這種情況下,RTD簡直優越。如果你愿意的話,拿一個100歐姆的RTD,溫度系數為.00385。從0°C到+ 100°C,其電阻從100.00變為138.50歐姆,相差38.50歐姆。如果我們一直使用1mA感應電流歐姆定律(V = iR)告訴我們在這個范圍內我們會看到38.5mV的差異。相比之下,E型熱電偶證明了所有公認的熱電偶的最高靈敏度,僅顯示6.317 mV的變化。這只是RTD靈敏度的六分之一。如果您的環境可能會產生電氣干擾,則熱電偶的容易度至少要高出6倍。這是在使用E型時,其他類型的靈敏度低至每攝氏度0.33微伏。如果你想要更高的靈敏度,

      7、預期壽命/更換費用:

            這又回到了我們所說的溫度范圍和穩定性方面的應用參數:這一切都取決于細節。但是,可以進行一些概括。人們普遍認為熱電偶處于不斷退化的狀態,需要定期檢查和更換,而鉑RTD可能會無限期地持續下去,如果環境不會使它們惡化的話。

      8、費用:

            盡管我們不愿承認,大多數決策的最終因素是成本。多年來,熱電偶一直是最常用的電子溫度傳感器形式,主要是因為它們便宜。雖然這仍然是正確的,但必須指出的是,由于薄膜傳感器的使用增加,鉑RTD的成本已降至非常有競爭力的范圍。薄膜RTD傳感器當然不再是新技術; 它們是在1970年代早期在德國開發的。RTD現在正在越來越多地使用; 適用于-50至600°C的應用,適用于工業環境,食品和飲料行業,以及實驗室設備和一些汽車用途。是否可以實際使用RTD代替熱電偶取決于具體的設計和應用,如上所述。但如果不可行,從熱電偶到RTD的實際價格差異可能不到10美元。如果這是大型組件的一部分,特別是涉及熱電偶套管和變送器的組件,那將占總成本的很小一部分。應該指出的是,由于不需要特殊的補償電纜,因此可以節省RTD的安裝費用,因為可以使用標準的儀表線。

      9、摘要:

            上海自動化儀表三廠不能做任何概括,每個應用程序必須自己判斷。但是,如果您對溫度傳感器有新要求,并且您不太確定如何填充空間,請按要求運行并應用上面列出的概念。也許熱電偶可以提供您所需要的,或者您可能會發現上海自動化儀表三廠RTD更適合這種情況,從長遠來看真的不會再花費你了。


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