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全面解说关于如何提高温度测量准确性的全部基础内容
时间: 2020-06-18 11:06 浏览次数:
抽象 温度测量领域的技术进步已经导致各种传感器和测量仪器可用于以相对低的成本进行精确测量。 上海自动化仪表三厂对三种最流行的温度传感器技术进行了“回归基


抽象
      温度测量领域的技术进步已经导致各种传感器和测量仪器可用于以相对低的成本进行精确测量。
      对三种最流行的温度传感器技术进行了“回归基础”研究,并提供了如何避免经常破坏温度测量系统精度的许多陷阱和建议。
      介绍
      做出正确的衡量标准
      热电偶
      热电阻
      热敏电阻
      测量设备和校准
介绍
      高精度的温度测量设备现在可以以非常合理的成本广泛使用,但是,虽然这应该使得温度测量变得容易,但是许多用户犯了简单的错误,否定了使用高规格传感器和测量设备的好处。
      当大多数人需要测量温度时,他们的第一反应是购买他们能够承受的最高规格,最昂贵的传感器和测量仪器。作为制造商,这是一个我们鼓掌的反应,因为它销售大量设备。然而,这是制定准确测量的错误方法。
做出正确的衡量标准

 


      考虑一下你要测量的温度。最初看起来很简单的一个例子是将室温测量到1°C的精度。这里的问题是室温不是一个温度,而是很多。
      图1显示了三个不同高度的传感器记录了Pico Technology的一个储藏室的温度。传感器读数相差至少1°C,因此无论各个传感器的准确度如何,我们都无法将室温测量到1°C的精度。
      另一个看似明显但经常被忽视的观点是,您只记录传感器的温度。传感器温度与您尝试测量的温度之间的任何差异都将是直接误差。例如,如果您将温度传感器夹在管道周围(图2),那么假设您正在测量管道中流动的温度是错误的。

 


      在图2中,管道的内表面和外表面之间存在温差,并且环境空气温度和传感器周围的气流将导致额外的误差。但是,出于实际和/或安全原因,您可能别无选择,只能以这种方式进行测量 - 在这种情况下,可以通过热传感器和传感器所连接的管道部分进行热滞后来减少误差。
此外,请考虑传感器的存在可能如何影响测量。图3展示了这一点。

 


图3:在该实验中,使用高精度和低精度传感器和仪器对来观察被加热的等体积水的上升温度。将大型,昂贵且精确的Pt100传感器连接到PT-104(均具有0.01°C精度)并部分浸入一个烧杯中,同时使用低成本热电偶连接到TC-08(0.5°C精度),沉浸在第二个烧杯中。由于“热分流”,以这种方式使用Pt100传感器使传感器和仪器的精度无效。从较大的,部分浸入的探头向大气中散发的热量降低了水被加热的速率。此外,在该实验中,即使水沸腾,PT100的温度也从未达到100℃。价格低廉,
      在考虑了要测量的内容之后,下一步是确定要使用哪种类型的传感器。研究和工业中最常用的三种传感器是:热电偶; 电阻温度检测器(RTD或'电阻温度计'); 和热敏电阻。表1比较并对比了三者。
表1 - 最常用的温度传感器及其特性


      如果使用现代数字测量仪器,线性不是问题,因为存储在存储器中的查找表提供补偿。
      仅对测量元件考虑热响应,而不考虑其外壳。
热电偶
      1822年,一位名叫Thomas Seebeck的爱沙尼亚医生(意外地)发现两种金属之间的连接产生的电压是温度的函数,所有热电偶都依赖于所谓的“塞贝克效应”。但是,热电偶不是精密传感器:典型的误差为2°C。然而,热电偶具有宽的温度范围(-200至2000℃)并且通常仅需要因为替代装置不在所需温度下操作而需要。此外,它们相对低成本且功能多样。
      尽管几乎任何两种类型的金属都可用于制造热电偶,但使用了许多标准类型(见表2),因为它们具有可预测的输出电压和大的温度梯度。
      标准表显示了热电偶在任何给定温度下产生的电压。例如,300°C的K型热电偶(最受欢迎)将产生12.2 mV。这一产生的电压虽然很小,但确实意味着热电偶(与RTD和热敏电阻不同)是自供电的,不需要激励电流。遗憾的是,不可能简单地将电压表连接到热电偶以测量该电压,因为这样做会产生第二个不希望的热电偶结。为了进行精确测量,采用称为冷端补偿(CJC)的技术。所有标准热电偶表都允许第二个热电偶连接,假设它保持在0°C。传统上,这是通过精心构造的冰浴完成的。然而,维持冰浴对于大多数应用来说是不实际的; 相反,记录并补偿热电偶线连接到测量仪器的实际温度。通常,冷结温度由精密热敏电阻检测,与测量仪器的输入连接器良好热接触。测量仪器使用该第二温度读数以及热电偶本身的读数来计算热电偶尖端的真实温度。理解CJC很重要,因为冷端温度测量中的任何误差都会导致热电偶尖端的测量温度出现相同的误差。通过与测量仪器的输入连接器良好热接触的精密热敏电阻检测冷端温度。测量仪器使用该第二温度读数以及热电偶本身的读数来计算热电偶尖端的真实温度。理解CJC很重要,因为冷端温度测量中的任何误差都会导致热电偶尖端的测量温度出现相同的误差。通过与测量仪器的输入连接器良好热接触的精密热敏电阻检测冷端温度。测量仪器使用该第二温度读数以及热电偶本身的读数来计算热电偶尖端的真实温度。理解CJC很重要,因为冷端温度测量中的任何误差都会导致热电偶尖端的测量温度出现相同的误差。
      一般说来,避免使热电偶连接 - 实际上是测量仪器 - 经受温度的突然变化,例如由气流产生的温度变化,因为这会导致错误。
      如上所述,热电偶两个导体的不同金属选择产生了具有不同特性的传感器。表2总结了最流行的类型。
表2 - 流行的热电偶类型