8.4.3 常用的温度传感器
1、热电偶
热电偶是一种感温元件 , 它把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端存在温度梯度时 , 回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在 Seebeck 电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。它是由接触电势和温差电势两部分组成。
两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端, 温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系 , 制成热电偶分度表 ; 分度表是自由端温度在 0 ℃ 时 的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时 , 只要该材料两个接点的温度相同 , 热电偶所产生的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此 , 在热电偶测温时 , 可接入测量仪表 , 测得热电动势后 , 即可知道被测介质的温度。
热电偶是工业中常用的温度测温元件,具有如下特点:
① 测量精度高:热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响。
② 热响应时间快:热电偶对温度变化反应灵敏。
③ 测量范围大:热电偶从 -40~+ 1600℃ 均可连续测温。
④性能可靠, 机械强度好。
⑤ 使用寿命长,安装方便。
NI 9211带有防混叠滤波器、热电偶开路检测和冷端补偿,从而实现方便、灵活的温度测量。冷端补偿就是利用串接在热电偶测量线路中的一个直流电势来补偿测温结果。该直流信号的大小是随着参考端的温度而变化(在补偿范围内)。
因为有的热电偶本身没有作绝缘处理,所以在使用热电偶测量时,要注意绝缘的问题。
2、铂电阻
通过研究发现,金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性,利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器,通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω,电阻变化率为0.3851Ω/℃,称为:Pt100。
铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区(-200~650℃)最常用的一种温度检测器,不仅广泛应用于工业测温,而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。
铂电阻和温度变送器之间有三种接线方式:二线制、三线制、四线制。
NI-9217仅支持三线制、四线制测量,并提供1mA的桥路激励电流。
3、热电阻
热敏电阻是由对温度非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。与一般常用的金属电阻相比,它有大得多的电阻温度系数值。热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小等优点,可以简便灵敏地测量微小温度的变化,在很多科学研究领域都有广泛的应用。
它的缺点是重复性不好,产品的一致性、互换性不好。所以,多用于比较简单的温度测量场合。
NI提供了一个“转换热敏电阻读数.vi”,可以实现热电阻测温。
相关链接:如何进行热敏电阻测量
温度测量的相关知识在“常规测量指南”中都可以找到。