传感器、执行器

用RTD，热电偶测量温度测量

过程感应：最常见的过程传感器测量是温度和电阻温度检测器（RTD），热电偶是用于工业温度测量的最广泛使用的传感器。参见温度传感器选择的11个摘要提示。

由Gary Prentice. 2018年12月11日

温度测量是所有过程测量中最大的部分，其准确性和可靠性通常会对设施的有效运行和安全产生重大影响。选择最合适的传感器类型可以提高温度测量的准确性、重复性和稳定性，并可以降低操作和维护成本。

电阻温度检测器（RTD）和热电偶处理了工业设施中的90％或更多的温度监测，这意味着每个探测器的具体细节可以帮助有关选择各种应用的最佳传感器的知识决定。

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温度范围：建议将RTD用于-200至850°C（-328至1562°F）的测量。购买新传感器时，通知供应商传感器的工作范围，以鼓励使用该工作范围内的最佳材料和制造技术。

手术：RTD的工作原理是，其金属元件的电阻随着温度的升高而增加。

结构：常见的电阻器材料有铂（Pt）、镍（Ni）和铜（Cu）。因为铂更稳定，更线性，覆盖更宽的温度范围，它已经成为今天的行业标准。虽然镍和铜可能存在于现有的构建中，但大多数新的安装都将使用铂。

高纯度铂通常用于制造在线缠绕设计中的RTD传感元件（铂金属丝缠绕在基板阀芯）或薄膜设计（纯铂沉积在陶瓷基板上）。现代RTD可在较高温度下使用，因为今天使用的基材材料在高温下稳定。

建议:使用-40至850°C（-40至1562°F）和薄膜传感器在落到-200°C（-328°F）附近的温度时，卷绕传感器。

2线、3线或4线RTD：RTD可以采用2线、3线和4线结构构建。

建议：尽可能使用RTD代替热电偶（T/C），以获得更高的精度、重复性和稳定性。

当元件被绝缘/隔离，从围绕它的保护鞘隔离/隔离时，RTD仅运用。典型的绝缘材料是氧化镁（MgO）或氧化铝（Al₂O._3.).如果绝缘层因潮湿和污染而损坏，则必须更换RTD。由于RTD必须绝缘，使用非隔离的测量电路可以节省成本。

在实例中，当不与RTD一起使用紧密耦合温度变送器时，RTD通过铜线连接到测量电路。

准备选择RTD时要记住的事情包括：

传感器名称表示其在0°C（32°F）下的电阻。示例：100ΩPt RTD在0°C下测量100Ω；500ΩPt RTD在0°C等温度下测量500Ω。
现代测量电路使用恒流源产生励磁电流。
高阻抗电压测量是影响RTD性能的重要因素。（高阻抗意味着没有电流流过电压表及其引线。）
使用欧姆定律计算电阻：V=IR或R=V/I

RTD传感器精度

表1：RTD精度值

最好在可能的情况下使用RTDS超过T / CS。最佳RTDS由IEC 60751标准构建，该标准呼叫准确性值，如下表1所示。

高级/特级RTD传感器：当制造商对RTD进行老化时，一旦RTD进入现场，其漂移将降至最低。在0°C和600°C温度下循环1000小时，并在5年以上时间内保持较高精度的RTD。通常，只有A类传感器经过热老化。

高档T / C线有助于热电偶测量;升级到类RTD传感器也通过切割不确定性的一半。

热电偶一览表

热电偶（T / C）技术基于塞贝克效应，其中两个端部一起融合在一起的两个不同金属将产生电流，当一个结处于不同的温度时。

温度范围：有各种不同金属的组合用于构建T/C。成品称为T/C型。对于每种类型，都有mV-vs温度表，并包含在本参考手册中（所有mV-vs温度表都是在0°C（32°F）温度下使用T/C冷接头创建的）。

手术：T/C传感器有两个接头。测量结（有时称为热结）是两种金属连接的地方。参考接头（也称为冷接头）是连接到测量电路的开路端。

当热和冷结之间存在温度差时，产生与温度差成比例的MV信号。MV值随着温度上升而增加。MV和温度之间的关系是非线性的。

在真实的T/C测量中，测量电路可能是除0°C（32°F）以外的任何温度。测量电路必须测量冷接点的温度，并将该温度返回至0°C（32°F）。这种电气补偿称为冷端补偿（或参考端补偿）。大多数T/C测量电路执行此操作。

结构：可以使用接地到外护套或未接地的热插拔（从鞘内绝缘）构建T / C连接点。接地的T / C将更快地响应，但T / C然后与过程电压接触。因此，重要的是，测量电路被隔离以阻止地面环的形成和产生的测量误差。

在温度组件内，T / C通常嵌入氧化镁（MgO）和金属护套中。然后它插入热电偶或保护管中。这有助于保护传感器免受环境污染。当MgO被水分和盐污染时，即使是未接地的T / C最终会转到地面。

建议:用隔离的测量电路测量T/C。

热电偶传感器精度：最好使用基于ASTM E230标准构建的热电偶传感器，该传感器为e，j，k和t型提供热电偶精度。

提供热电偶参考表ASTM.E230/E230M-12标准化热电偶的标准规范和温度电动势（emf）表。

优质/特级热电偶丝

热电偶可以用高档或特殊等级的金属丝构造，从而减少了一个不确定性的一半。优质/特殊名称基本上表明该电线具有更高的纯度合金混合物。

表2：优质或特殊等级线可减少热电偶不确定性

建议:如果应用程序需要T / CS而不是RTD，请使用高级T / C;成本差异可忽略不计，优质电线提供更大的稳定性。

电线污染是热电偶的一致问题。精度图表值假设电线未被过程或环境中的化学物质污染。随着污染发生，误差通常会增加到需要传感器更换的点。

传感器修剪高精度

在考虑传感元件之后，考虑应用。如果需要尽可能高的精度，则应安装带浴校准的温度测量系统。A级RTD传感器在槽中校准，以将其校准至变送器或远程输入/输出（I/O）测量装置。此过程消除了每个传感器中存在的最终“竣工”偏移误差。传感器应包括国家标准与技术研究所（NIST）的可追溯校准报告，该报告表明传感器和温度变送器的组合不确定度通常优于±0.01°F。