哪個(gè)傳感器？熱敏電阻，RTD或熱電偶

 

溫度的概念

從物理角度來(lái)看，熱量是由于其分子或原子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而在體內(nèi)所含能量的量度。正如網(wǎng)球隨著速度的增加而擁有更多的能量，因此身體或氣體的內(nèi)部能量隨著溫度的升高而增加。溫度是一個(gè)變量，它與其他參數(shù)如質(zhì)量和比熱一起描述了身體的能量含量。

溫度的基本衡量標(biāo)準(zhǔn)是開爾文度。在0ºK（elvin）時(shí)，每個(gè)身體的分子都處于靜止?fàn)顟B(tài)，不再有任何熱能。因此不存在負(fù)溫度的可能性，因?yàn)椴淮嬖谳^低能量的狀態(tài)。

在日常使用中，通常的做法是使用攝氏度（以前的攝氏度）。它的零點(diǎn)位于水的凝固點(diǎn)，因?yàn)檫@一點(diǎn)在實(shí)踐中很容易重現(xiàn)?，F(xiàn)在0ºC絕不是最低溫度，因?yàn)槊總€(gè)人都從經(jīng)驗(yàn)中知道。通過(guò)將攝氏溫標(biāo)擴(kuò)展到所有分子運(yùn)動(dòng)停止的最低溫度，我們達(dá)到-273.15度的溫度。

人類有能力在有限的范圍內(nèi)通過(guò)他的感官測(cè)量溫度。但是，他無(wú)法準(zhǔn)確再現(xiàn)定量測(cè)量。第一種形式的定量溫度測(cè)量是在17世紀(jì)初在佛羅倫薩開發(fā)的，并且依賴于酒精的擴(kuò)張。縮放是基于夏季和冬季的最高溫度。一百年后，瑞典天文學(xué)家Celsius用水的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)取代了它。這為溫度計(jì)提供了隨時(shí)縮放的機(jī)會(huì)，并在以后重現(xiàn)讀數(shù)。

 

電氣測(cè)量溫度

溫度的測(cè)量在許多應(yīng)用中是重要的，例如建筑物控制，食品加工以及鋼鐵和石化產(chǎn)品的制造。這些非常不同的應(yīng)用需要具有不同物理結(jié)構(gòu)和通常不同技術(shù)的溫度傳感器

在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中，測(cè)量點(diǎn)通常遠(yuǎn)離指示或控制點(diǎn)。通常需要在控制器，記錄器或計(jì)算機(jī)中進(jìn)一步處理測(cè)量。這些應(yīng)用不適合直接指示溫度計(jì)，因?yàn)槲覀儚娜粘Ｊ褂弥辛私馑鼈儯枰獙囟绒D(zhuǎn)換成另一種形式的裝置，即電信號(hào)。為了提供這種遠(yuǎn)程電信號(hào)，通常采用RTD。熱敏電阻和熱電偶。

RTD采用金屬電阻隨溫度變化的特性。它們是正溫度系數(shù)（PTC）傳感器，其電阻隨溫度升高而增加。使用的主要金屬是鉑和鎳。最廣泛使用的傳感器是100歐姆或1000歐姆RTD或鉑電阻溫度計(jì)。

RTD是用于工業(yè)應(yīng)用的最精確的傳感器，并且還提供最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。鉑電阻精度的代表值是測(cè)量溫度的+ 0.5％。一年后，通過(guò)老化可能會(huì)有+0.05ºC的變化。鉑電阻溫度計(jì)的溫度范圍為-200至800ºC。

 

電阻隨溫度的變化

金屬的導(dǎo)電性取決于傳導(dǎo)電子的遷移率。如果將電壓施加到金屬線的末端，則電子移動(dòng)到正極。晶格中的缺陷會(huì)干擾這種運(yùn)動(dòng)。它們包括外部或缺失的晶格原子，晶界和晶格間位置的原子。由于這些故障位置與溫度無(wú)關(guān)，因此它們產(chǎn)生恒定的電阻。隨著溫度升高，金屬晶格的原子在其靜止位置附近表現(xiàn)出增加的振蕩，從而阻礙傳導(dǎo)電子的運(yùn)動(dòng)。由于該振蕩隨溫度線性增加，因此由其引起的電阻增加直接取決于溫度。
 

在工業(yè)測(cè)量中，電阻材料鉑已被普遍接受。其優(yōu)點(diǎn)包括化學(xué)穩(wěn)定性，相對(duì)容易的制造（特別是對(duì)于線材制造），以高純度形式獲得它的可能性，以及可以再現(xiàn)的電性能。這些特性使鉑電阻傳感器成為最普遍可互換的溫度傳感器。

熱敏電阻由某些金屬氧化物制成，其電阻隨溫度升高而降低。由于電阻特性隨溫度升高而下降，因此稱為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）傳感器。

由于基本過(guò)程的性質(zhì)，導(dǎo)電電子的數(shù)量隨溫度呈指數(shù)增加; 因此，該特征呈現(xiàn)出強(qiáng)烈上升的形式。這種明顯的非線性是NTC電阻器的缺點(diǎn)，并將其有效溫度范圍限制在約100ºC。它們當(dāng)然可以由自動(dòng)化計(jì)算機(jī)進(jìn)行線性化。然而，精度和線性度通常不滿足較大測(cè)量跨度的要求。它們?cè)诮惶鏈囟认碌钠埔脖萊TD大。它們的使用范圍僅限于監(jiān)測(cè)和指示溫度不超過(guò)200ºC的應(yīng)用。在這種簡(jiǎn)單的應(yīng)用中，考慮到它們的低成本和所需的相對(duì)簡(jiǎn)??單的電子電路，它們實(shí)際上優(yōu)于更昂貴的熱電偶和RTD。
熱電偶的基礎(chǔ)是兩種不同金屬之間的連接熱敏電阻，熱電偶，RTD產(chǎn)生的電壓隨溫度升高而增加。與電阻溫度計(jì)相比，它們具有更高的溫度上限，高達(dá)幾千攝氏度的明顯優(yōu)勢(shì)。它們的長(zhǎng)期穩(wěn)定性稍差（一年后幾度），測(cè)量精度稍差（平均值+測(cè)量范圍的0.75％）。它們經(jīng)常用于烤箱，熔爐，煙氣測(cè)量和其他溫度高于250ºC的區(qū)域。