选择和使用温度传感器

热电偶或电阻式温度检测器（RTD） - - emperature测量，大多数工业操作的一个重要部分，通常是由一个温度传感器来实现在与固体表面接触或浸没在流体中。尽管这些传感器具有重叠的温度范围，但每个传感器都具 有特定于应用的优势。

在选择用于特定应用的传感器类型时，必须考虑几个因素：温度范围、精度、响应时间、稳定性、线性度和灵敏度。表 1 总结了这些。当灵敏度和应用灵活性是最重要的标准时，RTD 是首选传感器。但是，在组件成本方面，RTD 比热电偶贵。因此，为特定应用选择完美的传感器需要了解 RTD 和热电偶的基础知识。

RTD温度传感器 基础知识

图1。

电阻温度检测器有 2 线、3 线和 4 线配置，但它们的基本组件是相同的。这些传感器测量由温度变化引起的电阻变化。
RTD 的工作原理是电阻率随温度升高而增加。RTD 通常由铂、镍或铜制成。铜和镍版本在较低的温度范围内运行，并且比铂金便宜。铂金是用途最广泛的材料，因为它具有宽广的温度范围（??200°C 至 850°C）、出色的重复性、稳定性以及耐化学品和耐腐蚀性。铂 RTD 有 100 (omega)、200 (omega)、500 (omega) 和 1000 (omega) 在 0°C 时的标称电阻值，其中 100 (omega) 最受欢迎。

RTD 的基本结构非常简单。传感元件连接到引线并由绝缘体（例如玻璃、云母或陶瓷）支撑，放置在保护套内（见图 1，）。检测器提供 2 线、3 线和 4 线配置。

2 线版本非常适合传感器直接连接到接收器以防止引线长度电阻误差的应用，该问题导致开发更精确的 3 线和 4 线配置。

图 2.
热电偶通过检测两种不同金属结点处的电压变化来测量温度。电压随着温度的升高而升高。
当传感器和接收仪器之间的距离很远时，使用 3 线制单元。它们的精度虽然低于 4 线检测器，但足以满足许多工业应用的需求。

在 4 线配置中，一对引线为 RTD 提供激励电流，另一对测量其两端的电压。这种技术显着地最大限度地减少了引线电压降并提供了高精度。

热电偶基础知识

热电偶由两种不同的金属组成，在一端连接在一起，随着温度的变化产生电压（以毫伏表示）。两种金属的连接点称为感应连接点，连接到延长线（见图 2）。任何两种不同的金属都可以用来制作热电偶。在无数候选组合中，ISA 识别出 12 种。这些热电偶类型中的大多数都以单字母命名；最常见的是J、K、T和E。热电偶的成分是国际标准的，但它们的电线颜色代码不同。例如，在美国，负极引线始终为红色，而世界其他地方则使用红色来表示正极引线。

热电偶很容易引入测量误差。由于热电偶产生的电压是由于两种不同金属的结合，因此将其他结引入电路会导致电压变化，称为冷结误差。如果确定了连接处的温度，则可以通过称为冷端补偿的过程来纠正这些错误。这是在接收设备（通常是信号调节器）上执行的。

热电偶还提供三种结类型：接地、不接地和外露。

图 3.
热电偶分为三种结类型。接地装置的传感结直接连接到探头壁 (A)，确保从外部到结的良好传热。未接地类型 (B) 的连接点与探头壁分离，导致响应时间比接地设备提供的响应时间慢。当需要快速响应时间时，外露热电偶 (C) 的传感结位于护套外部并暴露在环境中。
接地热电偶的传感结直接连接到探头壁上。这导致从外部通过探头壁到热电偶结点的良好传热（见图 3A）。
未接地的热电偶的连接点与探头壁分离。这种类型的响应时间比接地类型慢（参见图 3B）。当响应时间是选择热电偶探头类型的决定因素时，最好使用外露式热电偶（见图 3C）。在这种类型的探头中，传感结从护套尖端伸出并暴露在周围环境中。未接地热电偶提供最佳响应时间，但不能用于腐蚀性或加压应用。

温度测量决策可以决定过程的预期结果。为应用选择正确的传感器可能是一项艰巨的任务，但处理测量信号也非常关键。

信号调节器的作用

一旦选择了温度传感器，就必须将其集成到控制系统中，该系统通常基于 DCS 或 PLC。一种集成方法是将 RTD 或热电偶引线直接连接到控制器。该技术需要专用的温度转换卡。多通道温度卡可用于不同的控制器，但价格昂贵且不提供系统灵活性。

另一种方法，温度信号调节器，因其提供的优点而在行业中变得非常普遍：精度、抗噪/隔离、系统灵活性/诊断和成本节约。

准确性。温度信号调节器的开发是为了保持传感器输出的完整性。它们的精度规格超过了 PLC 或 DCS 卡的规格。在测量点附近调节传感器信号可防止由于热电偶的热梯度和 RTD 导线的电阻不平衡引起的误差而导致信号劣化。

抗噪/隔离。热电偶和 RTD 信号的电平非常低，因此非常容易受到噪声的影响。信号调节器可以将这种低电平信号转换为 4??20 mA 输出，该输出更不受噪声影响并且可以运行更远的距离。调节器还提供低通滤波，可防止高频噪声通过控制器。信号调节器还提供隔离，可防止因温度测量中非常常见的接地环路问题而导致的不准确。

系统灵活性/诊断。信号调节器为控制系统提供了完全的灵活性。4??20 mA 测量信号可以直接发送到记录仪或模拟卡。一些复杂的温度调节器提供模拟和数字输出，用于报警或紧急关闭。模块还提供本地和远程指示，以防断线。

节约成本。直接连接到温度卡的热电偶或 RTD 线很昂贵，尤其是当人工、维护和故障排除会增加系统成本时。将温度信号调节器与标准模拟和/或数字输入卡结合使用可以显着降低成本。

概括

温度测量和控制从选择合适的传感器开始。通过在主控制器上游集成温度信号调节器，传感器信号变得有用且高度准确。由于其灵活性和可靠性，这种温度控制方法正变得非常流行。电话/微信18717811268 黄工 邮箱 sales@weilianchina.com