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分享PT100温度传感器非常有用的几点常识

来源:发表时间:2020-05-28

Pt100温度传感器是传感器中非常常见的传感器 处理 行业。这篇文章讨论了有关Pt100传感器的许多有用和实用的常识。提供有关RTD和PRT传感器,不同的Pt100机械结构,温度-电阻关系,温度系数,精度等级等信息。  


前一段时间我写过关于热电偶的文章,因此我想是时候写有关RTD温度传感器的文章了,尤其是在Pt100传感器上,它是过程工业中非常常见的温度传感器。这个博客结束了很长时间,因为在Pt100传感器上有很多有用的信息要分享。希翼您喜欢它,并从中学习到一些东西。因此,让大家开始吧!

 


目录

随着这篇文章变得相当长,下面的目录可以帮助您查看其中的内容:


RTD传感器

PRT传感器

PRT与热电偶

测量RTD / PRT传感器

测量电流

自发热

PRT传感器的不同机械结构

SPRT

部分支撑的PRT

工业铂电阻温度计,IPRT

影片

其他RTD传感器

其他铂金传感器

其他RTD传感器

PT100传感器

温度系数

PT100(385)的耐温关系

其他具有不同温度系数的Pt100传感器

确保测量设备支撑Pt100传感器

PT100精度(公差)等级

系数

卡伦达尔·范·杜森

ITS-90

斯坦哈特·哈特

 


对于  术语,  这两个  “传感器”  和 “探针”  的话 ,一般使用我主要是在本文中使用“传感器”。 


另外,人们会写  “ Pt100”  和  “ Pt-100”,  我将主要使用Pt100格式。(是的,我知道IEC / DIN 60751使用Pt-100格式,但是我很习惯Pt100格式)。


 


请给我这篇pdf格式的文章!点击下面的链接下载pdf:


 白皮书:Pt100温度传感器-有用的常识

 


RTD传感器

由于Pt100是RTD传感器,因此让大家首先看一下RTD传感器是什么。


缩写  RTD  来自“ 电阻温度检测器。这是一个温度传感器,其电阻取决于温度;当温度变化时,传感器的电阻也会变化。因此,通过测量传感器的电阻,可以将RTD传感器用于测量温度。


RTD传感器通常由铂,铜,镍合金或各种金属氧化物制成。


 


PRT传感器

铂  是RTD传感器最常用的材料。铂具有可靠,可重复和线性的温度-电阻关系。由铂制成的RTD传感器称为  PRT,即“ 铂电阻温度计”。在过程工业中最常用的铂PRT传感器是  Pt100  传感器。名称中的数字“ 100”表示在0°C(32°F)温度下的电阻为100欧姆。稍后会有更多详细信息。


 


PRT与热电偶

在较早的博客文章中,大家讨论了热电偶。在许多工业应用中,热电偶还用作温度传感器。那么,热电偶和PRT传感器有什么区别?这是热电偶和PRT传感器之间的简短比较:


热电偶: 


可用于测量更高的温度

非常坚固

便宜的

自供电,不需要外部激励

不太准确

需要冷端补偿

延长线必须是适用于热电偶类型的材料,并且必须注意测量电路中所有结点的温度均匀性

电线不均匀可能会导致意外错误

PRT:


比热电偶更精确,线性和稳定

不需要像热电偶那样的冷端补偿

延长线可以是铜线

比热电偶贵

需要适合传感器类型的已知励磁电流

更脆弱

 


简而言之,您可以说热电偶更适合高温  应用,而PRT 更适合  要求更高精度的应用  。


有关热电偶和冷端补偿的更多信息,请参见以下较早的博客文章:


热电偶冷(基准)结补偿


 


测量RTD / PRT传感器

由于RTD传感器的电阻会随温度变化而变化,因此很明显,在测量RTD传感器时,您需要测量电阻。您可以以欧姆为单位测量电阻,然后根据所用RTD类型的转换表(或公式)将其手动转换为温度测量值。


如今,最常见的是,当在设备中选择了正确的RTD类型时(假设它支撑所用的RTD类型),您将使用温度测量设备或校准器,该设备会自动将测量到的电阻转换为温度读数。当然,如果在设备中选择了错误的RTD传感器类型,则将导致错误的温度测量结果。


有多种测量电阻的方法。您可以使用  2、3或4线连接。2线制连接仅适用于精度非常低的测量(主要是故障排除),因为任何线电阻或连接电阻都会给测量带来误差。任何正常过程的测量均应使用3线或4线测量。


例如,IEC 60751标准规定,任何精度等级超过B的传感器都必须使用3或4线制测量。本文稍后将详细先容精度等级。


只需记住使用3或4线制测量即可。


当然,对于某些高阻抗热敏电阻,Pt1000传感器或其他高阻抗传感器,由2线制测量引起的附加误差可能不会太大。


有关2、3和4线电阻测量的更多信息,请参见下面的博客文章链接:


电阻测量;2、3或4线连接–如何工作以及使用哪种?


 


测量电流

正如上面链接的博客文章中更详细地说明的那样,当设备正在测量电阻时,它会通过电阻发送一个小的准确电流,然后测量其上产生的电压降。然后,可以根据欧姆定律(R = U / I)用电压降除以电流来计算电阻。


如果您对有关欧姆定律的更多详细信息感兴趣,请查看此博客文章:


欧姆定律–它是什么,仪器技术人员应该知道什么


 


自发热

当测量电流流过RTD传感器时,也会导致RTD传感器略微预热。这种现象称为  自热。测量电流越高,通电时间越长,传感器预热的程度就越大。而且,传感器的结构及其对周围环境的热阻将对自热产生很大影响。很明显,温度传感器中的这种自热会导致很小的测量误差。


在测量Pt100传感器时,测量电流通常最大为1 mA,但可以低至100 ?A甚至更低。根据标准(例如IEC 60751),自热不得超过传感器公差规格的25%。


 


PRT传感器的不同机械结构

PRT传感器通常是非常精密的仪器,不幸的是,  精度几乎无一例外地与机械强度成反比。为了成为一个精确的温度计,元件内部的铂金丝应能够随温度尽可能自由地收缩和膨胀,以避免应变和变形。缺点是这种传感器对机械冲击和振动非常敏感。


 


标准铂电阻温度计(SPRT)

更精确的  标准铂电阻温度计(SPRT)  传感器是用于在固定点之间实现ITS-90温度刻度的仪器。它们由非常纯净的材料制成(α= 3,926 x 10 -3  °C -1)铂金,并且导线支架旨在使导线尽可能保持无应变。BIPM出版的“ ITS-90的实现指南”(Bureau International des Poids et Mesures)定义了SPRT传感器必须满足的标准。其他传感器也不应该被称为SPRT。有用于不同应用的玻璃,石英和金属护套传感器。SPRT对任何类型的加速度都极为敏感,例如最小的冲击和振动,这限制了SPRT在最高精度测量中的使用。


 


部分支撑的PRT

部分支撑的PRT  是温度计性能和机械强度之间的折衷。最准确的 传感器通常称为  次级标准  或  次级参考传感器。这些传感器可能采用以下结构 SPRT 电线等级可能相同或非常接近。由于电线的支撑,它们不如SPRT易碎。如果小心处理,它们甚至可用于现场应用,仍然提供出色的稳定性和低滞后性。


 


工业铂电阻温度计,IPRT

当增加导线支撑时,机械强度会增加,但与漂移和滞后问题相关的应变也会增加。这些传感器称为  工业铂电阻温度计IPRT。完全支撑的IPRT具有更多的电线支撑,并且在机械上非常坚固。电线完全封装在陶瓷或玻璃中,因此对振动和机械冲击非常敏感。缺点是长期的稳定性差,磁滞现象也很大,因为传感铂被粘合到具有不同热膨胀特性的基板上。


影片

 近年来,影片 PRT发生了很大的变化,现在有更好的PRT。它们以多种形式用于不同的应用程序。将铂箔溅射到选定的基板上,通常将元件的电阻激光微调至所需的电阻值,最后将其封装起来以进行保护。与线元件不同,薄膜元件对自动化制造过程友好得多,这使得薄膜元件通常比线元件便宜。除了膜元件通常具有非常低的时间常数,这意味着它们对温度变化的反应非常快之外,其优缺点通常与完全支撑的线元件相同。如前所述,一些制造商已经开发出可以更好地结合性能和耐用性的技术。


 


其他RTD传感器

其他铂金传感器

尽管Pt100是最常见的Platinum RTD / PRT传感器,但还有其他几种传感器,例如Pt25,Pt50,Pt200,Pt500和Pt1000。这些传感器之间的主要区别很容易猜到,即传感器名称中提到的0°C时的电阻。例如,Pt1000传感器具有 抵抗性 在0°C时为1000欧姆。温度系数也很重要,因为它会影响其他温度下的电阻。如果是Pt1000(385),则意味着其温度系数为0.00385°C。


 


其他RTD传感器

尽管铂金传感器是最常见的RTD传感器,但也有其他材料制成的传感器,包括镍,镍铁和铜传感器。常见的镍传感器包括Ni100和Ni120,镍铁传感器Ni-Fe 604欧姆和铜传感器Cu10。这些材料在某些应用中各有优势。这些的共同缺点是与贵金属铂相比,温度范围较窄且易受腐蚀。


RTD传感器也可以用其他材料制成,例如金,银,钨,铑铁或锗。它们在某些应用中表现出色,但在正常的工业操作中却很少见。


由于RTD传感器的电阻取决于温度,因此大家也可以在此类别中包括所有通用PTC(正温度系数)和NTC(负温度系数)传感器。这些示例是用于测量温度的热敏电阻和半导体。NTC类型尤其常见于测量温度。


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