如何选择合适的温度传感器外文翻译资料

如何选择合适的温度传感器

介绍

最广泛测量的物理参数是温度。无论是在工业过程中的应用或在实验室设置，准确的温度测量是成功的重要组成部分。它在医学上的应用中，实验室的材料研究中，或是涉及电气x/电子元件的研究，生物学研究，地质研究和电气产品的热特性，都起到了不可替代的作用

有许多不同类型的传感器可用于测量温度。最常见的三种传感器是电阻温度检测器（RTD）、热电偶（TC），和热敏电阻。每个传感器都有特定的操作参数，可能会使一些应用程序比其他的技术应用拥有更好的选择。固态传感器也可用于中等温度范围的应用，并具有内置信号调理和接口的便利性，而且在某些情况下，更是具备直接数字串行接口的优势。由于这篇文章的研究范围是常见传感器的应用，这样的传感器将不会被详细的介绍。

选择一个热传感器

我们在在选择温度传感器时，需要注意有几个注意事项。首先，考虑应用类型。测量的设备是什么？房间或机箱内的环境空气温度吗？具有塑料或金属封装的电子部件，可能存在或不具有高电压？还是一块发光的钢锭？或者是汽车发动机的某些部分，如进排气口？传感器的选择需要将这些因素考虑在内：环境因素、安全因素、每个传感器的成本预算、以及传感器到仪器的距离。

其次，我们需要考虑的是预期的测量温度范围。汽车发动机缸体，当我们需要的是全面回暖，可以产生大于100ordm;的设备，那么大多数热电偶温度可以处理这个温度范围，K型热电偶等应用中最通用的。另一方面，陶瓷烧成窑可以有几百摄氏度。N型传感器高温稳定性好，耐高温氧化，有利于高温。考虑另外一个极端情况，实现超导的超导设备在极低的温度下，在几个欧凯文（或略高于绝对零度或–273ordm;C），所以传感器必须能够承受零下的气候，超导体的温度测量过程中。如果选用E型热电偶与他们的高输出（约68uv / C）会很好，因为他们很适合低温。表1给出了TCS及其范围的总结。

表1：热电偶类型

最后一个考虑的是可安装的传感器的区域，保证能够充分感测温度，使测量的结果更为准确。要测量的设备必须有足够的空间来处理所选择的传感器安装。例如，集成电路是一个微小的电子元件，因此，正确的传感器将取决于要测量什么参数，IC封装，以及引线框架或芯片设备本身。大多数传感器有各种各样的形状和大小，一个肯定适用于应用程序。对于IC的微型电子电路、电绝缘电阻可能会是最好，这是由于它大小分离和RTD精度。

热电偶式温度计

目前最常用的温度传感器是热电偶或TC。主要的原因是热电偶成本低，坚固耐用，可以长距离运行，并且是自供电的，有多种类型的热电偶可覆盖范围广泛的温度。其低成本意味着它能够被简单的购买到。其坚固性意味着它们将在许多不同的环境，包括户外等暴露于恶劣的工厂环境。金属护套TCS可以帮助在恶劣的或腐蚀性的环境中保护它们，或者它们可以运行在输水管道。不同的合金拥有不同的测量范围和灵敏度。TCS的常见类型包括J，K，T，E，R，S，B，N，指的是材料的类型与构造（如表1）。的J，K，T是最常见的，现成的线轴或预制的形式。所有类型的热电偶的范围可以在NIST（美国国家标准与技术研究院）在www.nist.gov参考表。热电偶的一个重要特性是它们的非线性；即热电偶输出电压不随温度线性。因此，要准确地转换输出电压温度需要数学线性化。

热电偶由两个不同的金属（一端焊接或扭曲）连接在一起并在另一端开口。考虑到它们的热电效应原理，当接线两种金属之间存在温差时，可以认为是两种不同的金属产生一个电压（也被称为塞贝克效应）。开路或输出端的电压信号是闭合端温度的函数。随着温度的升高，电压信号增大。

研究的结果指出，开环信号不仅是封闭式温度（测量点）的函数，而且是开口端的温度。只有认为设定标准的保温T2，才可以测量的信号被认为是在T1的变化直接作用。开放式电压V1，不仅是一个封闭端温度的函数（在测量点的温度），而且在开口端的温度（T2）。电压升高的原因是因为不同的材料产生不同的电压为相同的温度差。这就是两种不同金属的原因。如果它们是相同的金属，那么电压将是零。

T2的行业标准是0ordm;，大多数图表假定T2在0ordm;C.在工业仪器仪表，实际温度T2和0ordm;C之间的区别通常是电子仪器的校正。这种调整称为冷结补偿或冰点参考。

优势

热电偶比其他类型的温度传感器有许多优点。其中，它们是自供电的，不需要外部电源。他们也非常坚固，可以承受恶劣的环境。热电偶也比较为昂贵的RTD和热敏电阻拥有更繁多的宽温度范围类型。（见表1热电偶范围。）

缺点

热电偶的非线性特征不适于数据的分析，它必须需要冷端补偿（CJC）线性化。另外，热电偶的电压信号低，通常在几百微伏的几万，需要小心的消除技术在低压环境中的噪声和漂移。精度通常在1-3%的范围，这取决于金属合金的一致性和冷结的精度。

常见的错误

为了使建立和使用热电偶产生更好的测量，我们需要规避很多常见的错误。一个常见的问题是，CJC未配置或作适当的补偿。这导致不准确或非线性温度测量。

另一个错误是：不使用铜线从热电偶连接到测量装置。通常的测量设备（电压表、DMMs等）有铜输入端子。使用另一种合金（锡，铝等）基本上引入另一个热电偶的测量。这是因为不同金属的结形成热电偶。在测量设备方面，使用的电压表对热电偶测量不灵敏或准确。为了避免这个问题，确保电压表对热电偶的低压信号（UV到mV）足够灵敏和准确。一些适当的屏蔽也可以防止任何外部噪音。环绕敏感电路与导电屏蔽，并连接到电路或测量LO最大的效果。

RTDs(实时数字仿真仪)

最精确的温度传感器是一种电阻温度检测器，或RTD。在RTD、器件中，其电阻与温度成正比。制作RTDS最常见的材料是铂，与RTDS由其它金属如镍或铜。RTDS具有测温范围广。这取决于他们是如何构建的，他们可以测量在–270ordm;C温度范围为plusmn;850ordm;C.

RTDS需要外部的刺激，通常是外接一个电流源。然而，电流产生的电阻元件中的热量，会导致温度测量中的误差。测量误差由公式计算：

Delta T = P x S

其中T是指的温度

P指的是外接电流源所产生的功率

S指的是 每一毫瓦所上升的温度。

使用RTD进行温度测量，有几种方法。第一是双线法。该方法通过迫使电流通过电阻和测量产生的电压。好处是，它是一个简单的方法，只需要使用两根电线，使之易于连接和实施。主要缺点是：引线电阻会被当做是测量的一部分，它将会引入一些测量误差。

对两线方法的改进是三线法。在这里，一个电流被强制通过该装置，并由此产生的电压测量。然而，三分之一线提供补偿的引线电阻。这需要一三线补偿测量单元或实际测量的贡献值，从第三线和减去它从整体的测量。

三分之一技术是四线的方法，这是普遍的在校准实验室参考探头中的应用。类似于其他两个方法，一个电流强行通过电阻而产生的电压测量。然而，电流被强制在一组电线上，而电压被检测到另一组。这种方法完全补偿的引线电阻。在电阻元件上检测到电压，而不是与源电流相同，这意味着引线电阻完全偏离测量路径。换句话说，测试引线电阻不是实际电压测量的一部分。

举一个例子，考虑测试引线电阻对0.2ohms和电阻有一个100欧姆的电阻。在这个例子中，测试引线电阻大约是测试电路总电阻的0.2%。用四线法，测试引线电阻不是测量电路的一部分，因此只有RTD的电阻测量。这消除了一个更精确的测量0.2%错误

优缺点

RTDS相对于其他的温度传感器拥有很多优点。它们是最稳定和最准确的不同温度测量装置。RTDs，像热电偶，不是线性的。这意味着他们还需要一些线性化，这通常是通过使用校正因子。

一个缺点是，RTDS比热敏电阻和热电偶更贵。他们还需要一个电流源。他们有一个小三角，这意味着有一个低电阻的温度变化。例如，改变一个摄氏度，可能会改变0.1ohm RTD。

当使用RTDS，有几种常见的事件，是我们往往没有考虑到的，其中最大的问题是自加热。与测试电流的电阻的自热会导致测量误差。如果测量温度低（低于0ordm;C），产生的热量从RTD可以减免预计温度。此外，如果没有补偿的设备或者计算方法，甚至会引入更多的错误到测量结果当中。使用四线的方法有助于消除这种类型的错误。另一个常见的错误是没有选择合适的温度范围。试图测量RTD温度范围之外可能导致更大的错误或传感器损坏。

电热调节器

另一种常见的温度传感器是热敏电阻。就如一个RTD一样、热敏电阻作为温度变化的变化。热敏电阻提供了比RTDS的敏感性较高，即热敏电阻会对温度变化的反应比RTDS要更加的好

大多数热敏电阻具有负的温度系数，即电阻随温度的增加而增加。热敏电阻也不如RTDs那样，具备线性的特征，它的计算结果需要一个校正因子。我们可以借用斯坦哈特哈特方程，这个方程描述了一个热敏电阻与温度的电阻变化，是用来帮助个体热敏电阻曲线近似。（曲线的计算是一个很好的例子：HTTP：/ / www.reed-electronics.COM / tmworld /software/ stinhart.zip。）。

这个方程式是：

1/T = A B x (lnR) C x (lnR) squared

在这里

T是指的热力学温度，单位开尔文

R是热敏电阻的阻值，单位是欧姆

A，B和C是通过校准确定的曲线拟合常数

LN是自然对数符

优点和缺点

热敏电阻具有比其他传感器的一些优点。其一， 它们只需要简单的设置和操作使用一个标准的双线测量方法，它们也有一个相对来说快速响应时间。因为热敏电阻可以做得非常小，它们可以快速响应温度的变化。

然而，在另一方面，由于热敏电阻的非线性特性的线性化要求。它们的使用也必须在有一个有限的温度范围内，但它们的非线性变化不如TCS和RTDS那么大。因为热敏电阻是半导体，它们更可能的在高温下去校准问题。热敏电阻也需要一个电流源和一个像RTDs那样，但也无法避免因为有自加热特性而带来的误差

常见的错误。

当我们不允许自加热或在不充分的温度范围选择设备时，采用热敏电阻是一种常见错误。然而，有几个方法是可以用来减少自我加热的。典型的测试电流是恒定的直流电流。使用脉冲直流电流有助于减少自热效应，因为电流被应用于测量周期的一小部分，从而降低了热敏电阻的整体开发功率。

另一个常见的错误是测量温度范围以外的热敏电阻。我们必须强调我们需要始终考虑待测温度范围。记住，热敏电阻的温度范围大约是几百摄氏度。一些制造商甚至警告说，即使低于工作范围的延长曝光也会导致热敏电阻漂移出公差。

总结

我们可以总结：有几种传感器可供选择测量温度。热电偶、RTD和热敏电阻，目前为止这是三个最普遍使用传感器（表2提供了这几种传感器类型的比较）。热电偶是应用最广泛的传感器（表三），他们有最广泛的测量范围，用于火焰温度，燃气/电烤箱，加热系统中。而热敏电阻主要用于人类的环境温度（从0 ordm; C到30ordm; C），如冰箱和孵化器，而RTDs是最准确的，几乎专门用于校准/标准的应用。每个传感器都有自己的优点和缺点。选择合适的传感器，在获得温度测量的准确性和可靠性是非常重要的。

表二 三种传感器应用的比较

温度测量

选择正确的温度传感器

摘要：Chris Jones，是Micro-Epsilon（英国）有限公司的总经理，他探讨了在选择最合适的红外温度传感器的两个关键参数。工厂和维护工程师使用的红外测温设备，分手持和固定/在线版本。这种设备作为非接触式，具有相对较低的成本，拥有预防性维护工具。红外温度计测量物体温度是非接触方法。因此，可以进行正在移动，发热或难以访问对象的快速，且可靠的温度测量。相对于非接触式测量，接触温度传感器或探头可能会影响目标对象的温度，有时甚至损坏产品本身。非接触式方法能够确保精确的测量，而不会损坏目标对象。放射型彼此之间的关系最好描述于下列等式。即：无论在任何给定的温度下，都等于三种发射类型的辐射之和。

在工厂中，维护工程师使用的红外测温设备，分为手持和固定/在线版本，作为非接触式，拥有相对较低的成本，并且具备预防性维护工具。这些设备准确地监测，控制和管理工艺温度，并帮助定位关键工艺厂、机械和电气连接的“热点”，且无需中断生产。使用一个在线红外传感器测量研究对象，材料，表面或液体的温度是至关重要的生产过程，对于整个研究或生产过程也是非常有帮助的。当选择最合适的温度测量装置的应用时，工程师需要仔细考虑他们的测量要求。

非接触红外-温度计的优势

此类装置可以不接触物体并测量其温度。因此，可以测量移动、发热或难以直接接触的对象的温度，并且这种测量快速，且结果可靠。相对于非接触式测量，接触温度传感器或探头会影响目标对象的温度，有时甚至损坏产品本身；非接触式方法不仅确保精确的测量，而且不会损坏目标对象。红外传感器也可以测量非常高的温度，而接触传感器将被摧毁或者使用寿命较短。

红外线设备现在不仅相对便宜，而且它

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