热敏电阻、RTD、热电偶的原理和特性

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热敏电阻、RTD、热电偶的原理和特性

2024-07-12 23:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

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1、热敏电阻

2、RTD特性

3、热电偶

4、热敏电阻、RTD、热电偶的区别

1、热敏电阻

热敏电阻是一种传感器电阻,其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻(PTC thermistor,即 Positive Temperature Coefficient thermistor)和负温度系数热敏电阻(NTC thermistor,即 Negative Temperature Coefficient thermistor)。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小,它们同属于半导体器件。

热敏电阻的主要特点是:

1、灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化;

2 、工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~-55℃;

3、体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;

4、使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;

5、易加工成复杂的形状,可大批量生产;

6、稳定性好、过载能力强。

热敏电阻电阻转温度(Steinhart-Hart方程式),公式如下所示:

参数解析:

T = 温度,单位开a,b,c = Steinhart-Hart方程式常数R=电阻,单位欧姆

热敏电阻温度转电阻(Steinhart-Hart方程式),公式如下所示:

参数解析:

R = 电阻值,单位QT=温度,单位开a, b,c = Steinhart-Hart方程式常数x, y =温度到电阻换算方程式中用到的Steinhart-Hart因子2、RTD特性

RTD(Resistance Temperature Detector),电阻温度检测器,是一种特殊的电阻,其阻值会随着温度的升高而变大,随着温度的降低而减小。工业上利用它的这一特性进行温度测量,因此RTD也被俗称为“热电阻”。

并不是所有的金属都适合做成RTD,符合这一特性的材料需要满足如下几个要求:

1、该金属的电阻值与温度变化能呈线性关系;

2、该金属对温度的变化比较敏感,即单位温度变化引起的阻值变化(温度系数)比较大;

3、该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳,具有好的耐久性。

符合该要求的金属并不多,常见的RTD材料有:铂(Pt)、镍(Ni)和铜(Cu)。

以铂热电阻为例,根据其电阻值的不同,又可分为PT50、PT100、PT200、PT500和PT1000等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的电阻值。比如:PT100,表示该传感器在0℃下的电阻值为100Ω;而PT1000,则表示该传感器在0℃下的电阻值为1000Ω。

根据RTD热电阻的引出线的数量的不同,RTD可分为两线制、三线制和四线制。

两线制RTD的引线是直接在电阻的两端引出两条导线到测温模块上。测温模块采用电桥平衡的原理,RTD作为电桥的一个臂进行测量。两线制RTD的示意图如下所示:

两线制RTD传感器没有考虑引出导线的电阻,误差较大,仅适用于精度要求不高的场合。

为了消除RTD引线对测量结果的影响,许多RTD采用三线制形式。三线制是在两线制的基础上,从电阻的—端引出第三条线,如下图所示:

三线制RTD可以在很大程度上消除传感器引线本身对测量结果的影响,检测精度比两线制有很大的提高。

四线制RTD是在三线制的基础上又增加了一条线,即电阻的两端各有两条线,如下图所示:

四线制RTD可以完全消除引线电阻的影响,精度非常高,一般用在实验室或者对精度要求很高的场合。

RTD的线性度优于热电偶,是目前最精确和最稳定的温度传感器。但由于电阻的变化需要时间,因此其响应速度较慢,同时其价格也相对较贵,适用于对精度有一定要求且成本控制不严的场合。

RTD温度与电阻换算,公式如下所示:

参数解析:

Rrtd = 温度范围内(-200℃


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