选择温度传感器的热点提示

要获得精确的温度测量，一个相对简单的解决方案包括三个因素:特定传感器类型的固有精度，可以影响传感器精度的环境因素，以及传感器校准技术。

然而，热电偶是最容易受到噪声、不准确读数和精度误差影响的类型。当需要极高的精度和精度时，这些缺点可以用短的、绝缘的、屏蔽的热电偶引线来补偿;平衡、低通、滤波差分放大器;以及复杂的校准程序。

此外，金属纯度和合金均匀性的差异会使热电偶温度分布偏离美国国家标准与技术研究所(NIST)的标准。当传感元件和信号调节器之间需要长引线时，这可能是一个问题。当要求极高的精度时，应使用含有最少数量元件的热电偶，如T型、J型或G型，但没有用于校准的方法。

热敏电阻
热敏电阻非常适合在较窄的温度范围内(通常小于300ºC)要求高精度和灵敏度的测量，但它们不能承受热电偶所能承受的高温或机械应力。这使得它们不适合这些因素没有得到很好控制的应用和组装作业。为了补偿，传感器可以被封装在一个保护性的金属外壳中，但这减慢了它们对温度变化的反应。因为一些热敏电阻可以处理1000ºC的温度，它们较慢的响应速度与较高的温度能力相抵消。

虽然热敏电阻受不同类型误差的影响较小，但仍建议采用局部信号调节。因为热敏电阻往往比热电偶更大，它们对温度变化的响应更慢，而且可以比热电偶有更大的传热误差。

当温度变化很小时，热敏电阻在其最大灵敏度点附近产生相对较高但非线性的电阻变化。然而，可以在分压器电路中加入填充电阻以获得更线性的响应。热敏电阻可以在一个批次内制作得相当均匀，但当需要高精度时，批次之间的变化可能是一个问题。此外，NIST没有公布热敏电阻的标准，因此在不同制造商的设备中可以看到差异。

高压
rtd非常稳定，可以进行精确的测量，并在很长一段时间内保持很高的精度。通常，它们比热敏电阻和热电偶更精确。RTDs符合德国工业标准(DIN)和联合信息系统委员会(JISC)国家标准。因此，无论批号如何，现成的rtd都保持一致的公差规格。

与热敏电阻和热电偶相比，RTD更脆弱，尽管RTD元件的熔化温度足够高，可以承受许多高温制造操作，但它们无法承受激烈的机械压实过程。因此，它们很难嵌入到定制的机械设备中。金属护套组件可以帮助克服脆弱因素，但这一点，加上它们更大的尺寸，往往使它们的响应时间比热电偶慢。

对于一个典型的100欧姆RTD，长引线长度和多次连接产生的导线和终端电阻可能成为一个重要的误差源。通常使用三线或四线rtd来获得最高的精度。传感器调节电子设备可以消除引线电阻的误差，但通常需要在成本和测量所需导线数量之间进行权衡。

rtd由于自加热而产生测量误差，但可以通过施加极低的偏置或10%的占空比而不是恒定的偏置来大大降低这一误差。虽然这种方法有助于缓解一个问题，但它产生了另一个问题:噪声会影响RTD测量。然而，通过使用差分、不接地和屏蔽元件，这个和其他外部源的噪声通常可以被最小化。

一般测量误差
温度测量误差的产生有几个原因，包括位置、瞬态和传热。通常，由于传感器的尺寸有限，或者周围有一个取代传感元件的外壳，所以很难在需要的精确点感知温度。那么传感器的实际温度将与预定测量点的温度不同。然而，当已知周围的热源和汇时，这种定位误差可以得到补偿。一个简单的解决方案，避免了复杂的校准技术，使用尽可能小的传感器，放置在尽可能靠近温度源。由于热敏电阻和rtd的尺寸较大，它们的误差比位于同一位置的热电偶大。

传感器也容易受到热传导误差和测量不准确的传导，对流和辐射输入。较高或较低的环境温度可以通过其导热导线将热量进出传感器。E型和J型热电偶是具有较少导电引线的合金，这使它们最适合将这些类型的误差最小化。自动加热误差适用于热敏电阻和rtd。与热敏电阻相同的补偿策略也可用于rtd。

通过使用三线或四线单元来代替连接线来测量传感元件的电阻，减少了rtd的引线腐蚀问题。这为rtd提供了三种传感器类型中最大的整体稳定性。热敏电阻最初通常会有一点漂移，但经过一些老化后通常会稳定下来。热电偶的行为方式更为复杂，因为它们产生的电压来自不同的金属和合金，这些金属和合金随着金属老化和变质而变化。

当测量表面温度时，由于热传递误差，传感器上和周围的强制气流会导致错误的读数。对流电流增加或消除传感器和测量表面的热量。当大气和表面温度不同，或测量环境潮湿时，对流热流必须被视为另一个热源或散热器。

热电偶和rtd在三种传感器类型中具有最高的噪声灵敏度。屏蔽和适当的接地可以减少由于电容耦合和射频干扰造成的噪声磁化率和偏置电流，但磁源屏蔽稍微困难一些。

传感器通常与电机、螺线管或产生高瞬态电流和磁涌的大电流产生设备一起工作在相同的环境中。热敏电阻和rtd的信号调节器在从同一电源运行时，应包含不受这些下垂和浪涌影响的电源。否则，信号调节器的电源变化可能会对传感器的温度读数产生不利影响。此外，大的感应尖峰可以产生循环电流，改变传感器附近的地电位。这些尖峰会使传感器的输出电压偏置，产生错误的读数。当热敏电阻在其较低的极值附近测量温度时，其电阻可能接近或超过100k。具有如此高的电阻，长热敏电阻引线可以起到天线的作用，并给测量系统增加噪声。其中大部分电荷可以被过滤掉，但一小部分直流电，即驻极体效应，会产生偏压，影响测量结果。保护传感器不受外部电和磁源干扰的最佳方法是使传感器和导线尽可能远离干扰源，屏蔽它们，并使用适当的电子隔离和接地。此外，保持传感器引线短，并将模拟信号转换为数字格式，尽可能接近测量点。

传感器校准技术
修正固有精度误差的一种常用方法是在受控的等温液浴中校准传感器，并将温度读数与标准参考进行比较。点校准法将传感器浸泡在29.7647°C的冰浴或其他标准冰点介质中，如镓冷冻浴。

最大限度地减少传感器固有误差的限制因素是校准过程的不确定性(包括精度和精度)。一般来说，热敏电阻和rtd比热电偶具有更好的固有精度，但这三种类型都需要校准，以获得低于0.1°c的精度，校准热电偶比热电偶和rtd更困难，因为程序必须考虑热结和冷结温度误差。DW

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