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特普生为“热管理研究院”撰稿:不通温度传感器的区别

特普生科技 特普生科技 2023-12-19 12 166

特普生研发中心小伙伴,最近,在《储能热管理研究院》发表了这篇文章:

1、不同温度传感器优缺点

铜电阻
线性最好,价格较低,但灵敏度很低,体积大,对工作电源要求高,工作温度范围窄;

铂电阻
线性和稳定性较好,但灵敏度太低,对工作电源要求高,功耗大,价格贵;

热电偶
最突出的优点是工作温区宽,不需要工作电源,但它的灵敏度较最低,需要冷端补偿,在有电磁干扰的环境中信号噪声比比较低;

半导体热敏电阻
具有低温下灵敏度高,体积小,价格便宜等优点,但其特性呈现非线性,互换性差,灵敏度不恒定,低温下灵敏度高,高温下灵敏度低,其稳定性最差;

PN结温度传感器
具有线性好,灵敏度高,功耗低,对工作电源要求低,价格较低等优点,但其一致性差,特性不能分度,互换性无保障,特性参数不规范,使用不方便;

集成温度传感器
具有线性较好,灵敏度高,对工作电源要求低等优点,但其量程窄,校正麻烦,误差大,体积大,价格昂贵。

储能用温度传感器

2、热电偶和热电阻的主要区别

热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,尽管其作用相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同。

热电偶

热电偶是温度测量中应用最广泛的,主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传 4-20mA 电信号,便于自动控制和集中控制。其测温原理基于热电效应。

将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。

闭合回路中产生的热电势有两种电势组成:温差电势和接触电势。

温差电势

是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以产生的电势也不相同。

接触电势

指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。

目前,国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为 B,R,S,K,N,E,J 和 T,其测量温度的最低可测零下 270℃,最高可达 1800℃,其中 B,R,S 属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以又被称为贵金属热电偶。而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。

热电偶的结构有两种:普通型和铠装型。

普通性热电偶

一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。

不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。

补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。

热电阻不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度的变化。

工业用热电阻一般采用 Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,铂热电阻的测温的范围一般为零下 200-800℃,铜热电阻为零下 40 到 140℃。热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿导线,而且比热电偶便宜。铂热电阻的安装形式很多,有固定螺纹安装,活动螺纹安装,固定法兰安装,活动法兰安装,活动管接头安装,直行管接头安装等等。

热电阻与热电偶的选择最大的区别

——温度范围的选择

热电阻是测量低温的温度传感器,一般测量温度在-200~800℃,而热电偶是测量中高温的温度传感器,一般测量温度在 400~1800℃,在选择时如果测量温度在 200℃左右就应该选择热电阻测量,如果测量温度在600℃就应该选择 K 型热电偶,如果测量温度在1200~1600℃就应该选择S型或者B型热电偶。

热电阻与热电偶相比有以下特点:

  1. 同样温度下输出信号较大,易于测量。

  2. 测电阻必须借助外加电源。

  3. 热电阻感温部分尺寸较大,而热电偶工作端是很小的焊点,因而热电阻测温的反应速度比热电偶慢;

  4. 同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高。

热电偶和热电阻区别

第一、信号的性质

热电阻本身是电阻,温度的变化,使电阻产生正的或者是负的阻值变化;而热电偶是产生感应电压的变化,他随温度的改变而改变。虽然都是接触式测温仪表,但它们的测温范围不同,热电偶使用在温度较高的环境,如铂铑 30---铂铑6(B 型)测量范围为 300 度~~1600 度,短期可测 1800 度。

S 型测一 20~~1300(短期 1600),K 型测一 50~~1000,短期 1200)。XK 型一 50~~600(800),E 型一40~~800(900)。还有 J 型,T 型等。这类仪表一般用于 500 度以上的较高温度,低温区时输出热电势很,当电势小时,对抗干扰措施和二次表和要求很高,否则测量不准,还有,在较低的温度区域,冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出,不易得到全补偿。这时在中低温度时,一般使用热电阻测温范围为一 200~~500,甚至还可测更低的温度(如用碳电阻可测到 1K 左右的低温)。

现在正常使用铂热电阻 Pt100,(也有 Pt50、100 和 50 代表热电阻在 0度时的阻值。在旧分度号中用 BA1,BA2 来表示,BA1 在 0 度时阻值为 46 欧姆,在工业上也有用铜电阻,分度号为 CU50 和 CU100,但测温范围较小,在一 50~~150之间,在一些特殊场合还有铟电阻、锰电阻等)。

第二、工作中的现场判断

热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分,首先保证连接,配置确。在运行中。常见的有短路,断路,接触不良(有万用表可判断)和变质(根据表面颜色来鉴别)。

检查时,要使热电偶与二次表分开,用工具短接二次表上的补偿线,表指示室温再短接热电偶接线端子,表批示热电偶所在的环境温度(不是,补偿线有故障),再用万用表 mv 档大体估量热电偶的热电势(如正常,请检查工艺)。热电阻短路和断路用万用表可判断,在运行中,怀疑短路,只要将电阻端拆下一个线头看显示仪表,如到最大,热电阻短路回零,导线短路,保证正常连接和配置时,表值显示低或不稳,保护管可能性进水了显示最大,热电阻断路显示最小短路。

第三、从材料上分

热阻是一种金属材料,具有温度敏感变化的金属材料,热电偶是双金属材料,既两种不同的金属,由于温度的变化,在两个不同金属丝的两端产生电势差。

第四、两种传感器检测的温度范围不一样

热阻一般检测 0-150 度温度范围(当然可以检测负温度),热电偶可检测0-1000 度的温度范围(甚至更高)所以,前者是低温检测,后者是高温检测。

3、热电堆与传统热敏电阻、热电偶的区别

热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。

热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

热敏电阻与热电偶都是测温的传统电子元器件,均需要与被测温物体充分接触;不同点是热敏电阻测量的是绝对温度,而热电偶与热电堆测量的都是相对温度,其“冷端”的温度均需要测量或通过电路补偿才能实现最终测温。


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MEMS 热电堆与传统热电堆的区别

传统型热电堆:早先的红外热电堆探测器是利用掩膜真空镀膜的方法,将热电偶材料沉积到塑料或陶瓷衬底上获得的,但器件的尺寸较大,膜厚控制不易,生产工艺不与 IC 生产工艺兼容,很难批量生产。

随着微电子技术的蓬勃发展,提出微电子机械系统(MFMs)的概念,进而发展了 MEMS 红外热电堆。

目前市场上热电堆产品的核心芯片,基本上采用的是 MEMS 工艺生产;根据热电偶排列的不同,又分为平面式热电堆与堆叠式热电堆;平面式热电堆又有单通道、双通道、4 道通等热电堆,双通道以上的热电堆,可以近似理解为简单的热电堆阵列,如果通道数足够多并加上精密的热电信号读出电路、配套处理电路,便可热成像。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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