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          全面解說關于如何提高溫度測量準確性的全部基礎內容
          時間: 2020-06-18 11:06 瀏覽次數:
          抽象 溫度測量領域的技術進步已經導致各種傳感器和測量儀器可用于以相對低的成本進行精確測量。 上海自動化儀表三廠對三種最流行的溫度傳感器技術進行了“回歸基


          抽象
                溫度測量領域的技術進步已經導致各種傳感器和測量儀器可用于以相對低的成本進行精確測量。
                對三種最流行的溫度傳感器技術進行了“回歸基礎”研究,并提供了如何避免經常破壞溫度測量系統精度的許多陷阱和建議。
                介紹
                做出正確的衡量標準
                熱電偶
                熱電阻
                熱敏電阻
                測量設備和校準
          介紹
                高精度的溫度測量設備現在可以以非常合理的成本廣泛使用,但是,雖然這應該使得溫度測量變得容易,但是許多用戶犯了簡單的錯誤,否定了使用高規格傳感器和測量設備的好處。
                當大多數人需要測量溫度時,他們的第一反應是購買他們能夠承受的最高規格,最昂貴的傳感器和測量儀器。作為制造商,這是一個我們鼓掌的反應,因為它銷售大量設備。然而,這是制定準確測量的錯誤方法。
          做出正確的衡量標準

           


                考慮一下你要測量的溫度。最初看起來很簡單的一個例子是將室溫測量到1°C的精度。這里的問題是室溫不是一個溫度,而是很多。
                圖1顯示了三個不同高度的傳感器記錄了Pico Technology的一個儲藏室的溫度。傳感器讀數相差至少1°C,因此無論各個傳感器的準確度如何,我們都無法將室溫測量到1°C的精度。
                另一個看似明顯但經常被忽視的觀點是,您只記錄傳感器的溫度。傳感器溫度與您嘗試測量的溫度之間的任何差異都將是直接誤差。例如,如果您將溫度傳感器夾在管道周圍(圖2),那么假設您正在測量管道中流動的溫度是錯誤的。

           


                在圖2中,管道的內表面和外表面之間存在溫差,并且環境空氣溫度和傳感器周圍的氣流將導致額外的誤差。但是,出于實際和/或安全原因,您可能別無選擇,只能以這種方式進行測量 - 在這種情況下,可以通過熱傳感器和傳感器所連接的管道部分進行熱滯后來減少誤差。
          此外,請考慮傳感器的存在可能如何影響測量。圖3展示了這一點。

           


          圖3:在該實驗中,使用高精度和低精度傳感器和儀器對來觀察被加熱的等體積水的上升溫度。將大型,昂貴且精確的Pt100傳感器連接到PT-104(均具有0.01°C精度)并部分浸入一個燒杯中,同時使用低成本熱電偶連接到TC-08(0.5°C精度),沉浸在第二個燒杯中。由于“熱分流”,以這種方式使用Pt100傳感器使傳感器和儀器的精度無效。從較大的,部分浸入的探頭向大氣中散發的熱量降低了水被加熱的速率。此外,在該實驗中,即使水沸騰,PT100的溫度也從未達到100℃。價格低廉,
                在考慮了要測量的內容之后,下一步是確定要使用哪種類型的傳感器。研究和工業中最常用的三種傳感器是:熱電偶; 電阻溫度檢測器(RTD或'電阻溫度計'); 和熱敏電阻。表1比較并對比了三者。
          表1 - 最常用的溫度傳感器及其特性


                如果使用現代數字測量儀器,線性不是問題,因為存儲在存儲器中的查找表提供補償。
                僅對測量元件考慮熱響應,而不考慮其外殼。
          熱電偶
                1822年,一位名叫Thomas Seebeck的愛沙尼亞醫生(意外地)發現兩種金屬之間的連接產生的電壓是溫度的函數,所有熱電偶都依賴于所謂的“塞貝克效應”。但是,熱電偶不是精密傳感器:典型的誤差為2°C。然而,熱電偶具有寬的溫度范圍(-200至2000℃)并且通常僅需要因為替代裝置不在所需溫度下操作而需要。此外,它們相對低成本且功能多樣。
                盡管幾乎任何兩種類型的金屬都可用于制造熱電偶,但使用了許多標準類型(見表2),因為它們具有可預測的輸出電壓和大的溫度梯度。
                標準表顯示了熱電偶在任何給定溫度下產生的電壓。例如,300°C的K型熱電偶(最受歡迎)將產生12.2 mV。這一產生的電壓雖然很小,但確實意味著熱電偶(與RTD和熱敏電阻不同)是自供電的,不需要激勵電流。遺憾的是,不可能簡單地將電壓表連接到熱電偶以測量該電壓,因為這樣做會產生第二個不希望的熱電偶結。為了進行精確測量,采用稱為冷端補償(CJC)的技術。所有標準熱電偶表都允許第二個熱電偶連接,假設它保持在0°C。傳統上,這是通過精心構造的冰浴完成的。然而,維持冰浴對于大多數應用來說是不實際的; 相反,記錄并補償熱電偶線連接到測量儀器的實際溫度。通常,冷結溫度由精密熱敏電阻檢測,與測量儀器的輸入連接器良好熱接觸。測量儀器使用該第二溫度讀數以及熱電偶本身的讀數來計算熱電偶尖端的真實溫度。理解CJC很重要,因為冷端溫度測量中的任何誤差都會導致熱電偶尖端的測量溫度出現相同的誤差。通過與測量儀器的輸入連接器良好熱接觸的精密熱敏電阻檢測冷端溫度。測量儀器使用該第二溫度讀數以及熱電偶本身的讀數來計算熱電偶尖端的真實溫度。理解CJC很重要,因為冷端溫度測量中的任何誤差都會導致熱電偶尖端的測量溫度出現相同的誤差。通過與測量儀器的輸入連接器良好熱接觸的精密熱敏電阻檢測冷端溫度。測量儀器使用該第二溫度讀數以及熱電偶本身的讀數來計算熱電偶尖端的真實溫度。理解CJC很重要,因為冷端溫度測量中的任何誤差都會導致熱電偶尖端的測量溫度出現相同的誤差。
                一般說來,避免使熱電偶連接 - 實際上是測量儀器 - 經受溫度的突然變化,例如由氣流產生的溫度變化,因為這會導致錯誤。
                如上所述,熱電偶兩個導體的不同金屬選擇產生了具有不同特性的傳感器。表2總結了最流行的類型。
          表2 - 流行的熱電偶類型

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