正確選擇使用熱電偶溫度傳感器

　　在對(duì)RTD(電阻溫度檢測(cè)器)和熱電偶的構(gòu)造和使用方式上，通常存在不少誤區(qū)，主要在每種類型的溫度范圍、公差、精度、互換性等方面，對(duì)此聚英電子深入剖析解答，希望能幫助了解使用每種類型的傳感器以及原因。

　　RTD:

　　RTD包含一個(gè)感應(yīng)元件，該感應(yīng)元件是一個(gè)隨溫度變化的電阻器。電阻的這種變化是眾所周知的，并且是可重復(fù)的。RTD中的傳感元件通常包含一個(gè)線圈或?qū)щ娔さ木W(wǎng)格，網(wǎng)格中且有一個(gè)導(dǎo)體圖案。延長(zhǎng)線連接到傳感元件，因此可以在一定距離之外測(cè)量其電阻。包裝傳感元件，以便可以將其放置在過程中的某個(gè)位置，使其達(dá)到過程中存在的相同溫度。

　　熱電偶:

　　另一方面，熱電偶包含兩個(gè)由不同材料制成的電導(dǎo)體，一端相連。將暴露于過程溫度的導(dǎo)體末端稱為測(cè)量結(jié)果。

　　當(dāng)熱電偶的測(cè)量結(jié)和參考結(jié)處于不同溫度時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)形成毫伏電位。知道所用熱電偶的類型，熱電偶內(nèi)的毫伏電位的大小以及參考結(jié)的溫度后，用戶就可以確定測(cè)量結(jié)果的溫度。

　　根據(jù)所使用的材料，在熱電偶導(dǎo)體中產(chǎn)生的毫伏電勢(shì)會(huì)有所不同。某些材料比其他材料具有更好的熱電偶，因?yàn)檫@些材料產(chǎn)生的毫伏電勢(shì)具有更高的可重復(fù)性和良好的建立性。這些熱電偶已經(jīng)指定了特定的類型名稱，例如E、K、瓦、T、B、R、S等型。

　　RTD和熱電偶的溫度限制:

　　RTD和熱電偶中使用的材料具有溫度限制，這可能是其使用中的重要考慮因素。

　　如前所述，RTD包括傳感元件，將傳感元件連接到測(cè)量?jī)x器的電縱以及在過程中放置傳感元件的某種支撐。這些材料中的每一種都設(shè)置了RTD可以承受的溫度極限。

　　RTD中的傳感元件通常包含鉑絲或薄膜，陶瓷外殼以及陶瓷膠或玻璃，以密封傳感元件并支撐傳感線。通常，鉑傳感元件能夠暴露在最高約1200°F的溫度下。也可以使用其他材料，例如鎳，銅和鎳/鐵合金，但是有用溫度范圍比鉑低很多。

　　將傳感元件連接至讀數(shù)儀或控制儀器的導(dǎo)線通常由鎳，鎳合金，鍍錫銅，鍍銀銅或鍍鎳銅等材料制成。所用的電線絕緣也直接影響RTD所能承受的溫度。

　　將傳感元件放入過程中還需要使用材料。最常用的布置是將電阻器和連接的導(dǎo)線放入封閉的金屬管中，用減振和/或傳熱材料(例如陶瓷粉)填充該管，并用環(huán)氧樹脂或其他材料密封該管的開口端。RTD中最常用的金屬管是由不銹鋼(約在900°F下使用)或鉻鎳鐵合金(約在1200°F下使用)制成。所使用的減振/傳熱材料在溫度范圍內(nèi)變化很大。這些材料由制造商選擇，可以根據(jù)使用中預(yù)期的最高溫度提供最佳性能。環(huán)氧樹脂密封劑通常從不超過400至500°F使用。陶瓷膠可以暴露于2000°F或更高的溫度下，鉑RTD中具有最低溫度能力的材料通常是用于將傳感元件連接至儀器的電線和絕緣材料。制造商通常提供低溫和高溫兩種結(jié)構(gòu)。在低溫結(jié)構(gòu)中，使用聚四氟乙烯絕緣的鎳或鍍銀銅以及環(huán)氧密封。這種結(jié)構(gòu)通常限制在400至500°F。

　　高溫結(jié)構(gòu)通常使用玻璃纖維絕緣，鍍鎳銅線和最高溫度為900°F至1200°F的陶瓷水泥。一些制造商還提供了一系列RTD，其使用的陶瓷絕緣鎳或鎳合金線的溫度高達(dá)1200°F。

　　熱電偶:

　　熱電偶材料有E，J，K，M，T，R，s和B型。熱電偶類型可分為兩類:賤金屬和貴金屬熱電偶。

　　E，J，K，N和T型熱電偶被稱為賤金屬熱電偶，因?yàn)槠溆沙Ｒ姷牟牧现瞥?，例如銅，鎳，鋁，鐵，鉻和硅。每種類型的熱電偶都有較好的使用條件，例如，裸露的J型熱電偶(鐵/康斯坦坦)的使用通常限于最高溫度為1000°F，并且由于鐵的劣化，不建議在氧化或含硫氣氛中使用導(dǎo)體。由于銅導(dǎo)體的劣化，T型熱電偶(銅/康士坦)在700°F以上不使用。

　　由于R、S和B型熱電偶由鉑和銠制成，因此被稱為貴金屬熱電偶。這些熱電偶用于超出基本金屬熱電偶功能的應(yīng)用。R型和s型熱電偶的額定溫度范圍為1000°F至2700°F，B型額定為1000°F至3100°F。如果預(yù)期在2500°E以上的溫度下長(zhǎng)期暴露，則建議使用B型熱電偶以延長(zhǎng)熱電偶?jí)勖?。如果長(zhǎng)時(shí)間將R&s型熱電偶保持在其使用上限附近，則會(huì)出現(xiàn)明顯的晶粒長(zhǎng)大。

　　由于熱電偶沒有感應(yīng)元件，因此其沒有RTD所具有的許多溫度限制材料。熱電偶通常使用裸露的導(dǎo)體構(gòu)造，然后將其絕緣在壓實(shí)的陶瓷粉末或成型的陶瓷絕緣子中。這種結(jié)構(gòu)允許熱電偶在比RTD更高的溫度下使用。

　　公差、精度和互換性:

　　公差和精度是溫度測(cè)量中最容易被誤解的術(shù)語。術(shù)語“公差”是指特定的要求，通常為正負(fù)一些。另一方面，精度是指在指定范圍內(nèi)的無數(shù)公差。

　　例如，RTD包含一個(gè)感應(yīng)元件，該感應(yīng)元件被制造為在特定溫度下具有特定電阻。此要求最常見的實(shí)例是所謂的DIN標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足DIN標(biāo)準(zhǔn)的要求，RTD在32°F(0°C)下必須具有100歐姆的電阻–0.12%(或0.12歐姆)，才能被視為B服傳感器(&級(jí)傳感器為100ohms)-0.06%)。-0.12ohms的公差僅適用于32°F的電阻，不適用于任何其他溫度。

　　應(yīng)用信息

　　E：建議用于連續(xù)氧化或惰性氣氛。未建立低于零的錯(cuò)誤限制。普通熱電偶類型中最高的熱電輸出。

　　J：適用于真空，還原性或惰性氣氛，減少壽命的氧化性氣氛。鐵在1000°F(538°C)以上時(shí)會(huì)迅速氧化，行高溫處理。裸機(jī)不得暴露于1000°F(538C)以上的含硫氣氛中。

　　K：建議用于連續(xù)氧化或中性氣氛。通常在高于1000°F(538C)的溫度下使用。如果暴露在硫中會(huì)失效。k鉻的優(yōu)先氧化會(huì)導(dǎo)致“綠腐”，并且較大的負(fù)極校準(zhǔn)漂移在1500-1900°F(8161038C)范圍內(nèi)最為產(chǎn)可以防止這種情況。

　　N：可以用于由于氧化和“綠色腐爛”而導(dǎo)致K型元素壽命縮短和穩(wěn)定性問題的應(yīng)用中。

　　T：可用于氧化，還原或惰性氣氛以及真空中。在潮濕的環(huán)境中不會(huì)腐蝕。低于零溫度范圍的誤差極限已發(fā)研推薦用于高溫。必須在非金屬保護(hù)管和陶瓷絕緣子中進(jìn)行保護(hù)。持續(xù)高溫使用會(huì)導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致發(fā)支路以及鍺揮發(fā)引起的負(fù)校準(zhǔn)漂移。R型用于工業(yè)，S型用于實(shí)驗(yàn)室。

　　乙：與R&S相同，但輸出較低。同樣，具有較高的最高溫度，并且不易受晶粒生長(zhǎng)的影響。

　　另一方面，由于熱電偶的制造方式不同，其熱電偶的命名方式也不同。與RTD中的感應(yīng)元件不同，熱電偶中產(chǎn)生的毫伏電勢(shì)是導(dǎo)體的材料成分和冶金結(jié)構(gòu)的函數(shù)。因此，沒有為熱電偶分配特定溫度下的值，而是給其覆蓋整個(gè)溫度范圍的誤差限制。

　　分配給熱電偶的這些極限稱為標(biāo)準(zhǔn)誤差極限或特殊誤差極限。一旦熱電偶暴露于過程條件下，熱電偶導(dǎo)體的變化可能會(huì)導(dǎo)致誤差增加。鼓勵(lì)用戶定期進(jìn)行測(cè)試，以確定在高可靠性或高精度應(yīng)用中使用的熱電偶狀況。

　　RTD優(yōu)勢(shì):

　　RTD通常用于需要重復(fù)性和準(zhǔn)確性的應(yīng)用中。正確構(gòu)造的鉑RTP隨時(shí)間推移具有非?？芍貜?fù)的電阻-溫度特性。

　　如果某個(gè)過程將在特定溫度下運(yùn)行，則可以在實(shí)驗(yàn)室中確定該溫度下RTD的電阻率，并且不會(huì)隨時(shí)間變化很大。由于RTD的原始變化遠(yuǎn)低于熱電偶的變化，因此RTD的互換性也更容易。例如，在400°F下使用的R型熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)誤差極限為–4°F。在同一溫度下，100歐姆DINB級(jí)鉑RTD的可互換性為—2.2°F。

　　RTD弱點(diǎn):

　　在相同的配置中，RTD的價(jià)格要比賤金屬熱電偶高4至10倍。RTD比熱電偶貴，因?yàn)橹圃霷T需要更多的結(jié)構(gòu)，包括傳感元件的制造，延長(zhǎng)線的連接和傳感器的組裝。由于傳感元件的結(jié)構(gòu)，在高振動(dòng)和機(jī)械沖擊環(huán)境下，RTD的性能不如熱電偶。RTD的溫度也限制在大約1200°F，其中熱電偶可以使用高達(dá)3100°F的溫度。

　　熱電偶優(yōu)勢(shì):

　　熱電偶可用于高達(dá)3100°F的溫度，通常比RTD的價(jià)格便宜，并且可以做得更小(直徑最小值約0.020英寸)，以更快地響應(yīng)溫度。熱電偶也比RTD更耐用，因此可用于高振動(dòng)和沖擊的應(yīng)用中。

　　熱電偶缺點(diǎn):

　　當(dāng)暴露于中等或高溫條件下時(shí)，熱電偶的穩(wěn)定性不如RTD。在關(guān)鍵應(yīng)用中，應(yīng)移除熱電偶并在受控條件下進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證性能。熱電偶延長(zhǎng)線必須用于將熱電偶傳感器連接到熱電偶儀器或控制設(shè)備。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，使用儀表線(鍍銅)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。

　　總結(jié):

　　熱電偶和RTD都是確定過程溫度的有用工具。RTD在其溫度范圍內(nèi)比熱電偶提供更高的精度，因?yàn)殂K是比大多數(shù)熱電偶材料更穩(wěn)定的材料。RTD還使用標(biāo)準(zhǔn)儀表線連接到測(cè)量或控制設(shè)備。

　　熱電偶通常比RTD便宜，熱電偶在高振動(dòng)或機(jī)械沖擊應(yīng)用中更耐用，并且可用于更高的溫度。可以使熱電偶的尺寸小于大多數(shù)RTD的尺寸，因此可以將其制成以適合特定的應(yīng)用。