RTD温度传感器常见问题与解答

我已经看到对 F0.3 容差的引用。这是什么意思？
“F0.3”公差相当于 B 级公差（F=薄膜，W=绕线，0.3 表示 ±0.3 Deg C @ 0 Deg C）。

IEC 60751 2008-07 规范（也在 DIN EN 60751 2009-05 规范中）修订了铂温度传感元件的公差命名法。

下表将旧的公差指定与新的关联起来。

薄膜或线绕铂 RTD 元件——我应该选择哪一种？
特定应用的要求决定了所用元件的类型，但通常默认选择是薄膜元件。本质上抗振且成本低于线绕元件。

薄膜元件满足大多数温度传感应用的需求。

下表总结了每种类型的优点：

Pt100这个名字代表什么？
Pt100是电阻温度检测器，材质为铂（= Pt_），0°C温度下的阻值为100欧姆（=_100）。因此名称为 Pt100。

2 线、3 线和 4 线连接是什么意思？
电阻温度检测器 (RTD) 可以连接 2、3 或 4 根电线。

的2线连接仅需要两根导线，但随后的测量电子也被测量导线的电阻，这是不期望的。

使用额外的电线来补偿电缆电阻可以更精确地获得 RTD 本身的所需电阻。4 线连接是zui准确的一种。

什么是 Pt100 精度等级？
IEC 60751:2008 定义的精度等级和容差是：

AA 级± (0,1+0,0017 * t)、±0,1 °C (0 °C)、±0,27 °C (100 °C)，定义范围为 -50…+250 °C (线绕电阻器），0…+150 °C（薄膜电阻器）
●A 级± (0,15+0,002 * t)、±0,15 °C (0 °C)、±0,35 °C (100 °C)，定义在 -100…+450 °C 范围内（绕线电阻），-30…+300 °C（薄膜电阻）
●B 级± (0,3+0,005 * t)、±0,3 °C (0 °C)、±0,8 °C (100 °C)，定义在 -196…+600 °C 范围内（绕线电阻), -500…+500 °C (薄膜电阻)
●C 级± (0,6+0,01 * t)，不常用于工业测量电路。

什么是 1/3 DIN 和 1/10 DIN？
标准 DIN EN 60751:2009（基于 IEC 60751:2008）定义了 Pt100 电阻精度等级 AA、A、B 和 C 以及相应的公差。

在标准更新之前，zui准确的类是 A，所有更准确的定义是非标准化的、划分的 B 类值。

●1/3 DIN是一个分值，基于B 级，不适用于整个测量范围。该分频精度仅在以下点定义：0 °C = ± 0,3/3 °C= ± 0,1 °C。B 级 1/3 DIN 不是标准化等级。
●1/10 DIN是一个分值，基于B 级，不适用于整个测量范围。此分频精度仅在以下点定义：0 °C = ± 0,3/10 °C = ± 0,03 °C。B 级 1/10 DIN 不是标准化等级。
自标准更新以来的标准化 AA 级已使 1/3 DIN 的分值变得可有可无。

RTD温度传感器的优点 ?
RTD温度传感器传感元件由线圈或纯金属沉积膜组成。元件的电阻以已知且可重复的方式随温度增加。

RTD温度传感器在很宽的温度范围内表现出出色的精度，是工业温度传感器中增长zui快的部分。
它们的优势包括：

●温度范围：涵盖 -260 至 650°C（-436 至 1202°F）的温度。
●重复性和稳定性：铂电阻温度计是美国国家标准与技术研究院在 -260 至 962°C 范围内使用的主要内插仪器。普通工业 RTD温度传感器通常漂移小于 0.1°C/年。
●灵敏度：RTD温度传感器两端的压降提供比热电偶大得多的输出。
●线性：铂和铜 RTD温度传感器产生比热电偶或热敏电阻更线性的响应。RTD温度传感器非线性可以通过电阻桥网络的正确设计来纠正。
●系统成本低：RTD温度传感器使用普通铜延长线，不需要冷端补偿。
●标准化：制造商提供符合行业标准曲线的 RTD温度传感器，zui常见的是符合 EN60751 的 100 Ω 铂金

RTD温度传感器材料 ?
选择制作 RTD 的材料的标准是：

●材料必须具有延展性，以便可以形成细丝
●它必须具有可重复且稳定的斜率或曲线。
●该材料还应耐腐蚀。
●材料应该是低成本的。
●优选材料具有线性电阻与温度斜率。
一些常见的RTD 材料是铂、铜、镍、Balco（70% 镍和 30% 铁的合金）。

这些金属的优点是它们可以制造成非常高的纯度，因此具有高度可再现的温度/电阻特性。

这些金属也可以被拉制成电阻测温所需的细直径线。

用作RTD的各种材料的特性

如表所示，虽然铜zui便宜，但它的电阻率也zui低，因此需要不方便的大型传感元件。

另一方面，即使镍和镍合金具有高电阻率，它们的电阻与温度系数也是非线性的。

它们对应变也很敏感，并且它们的电阻率会在居里点 (358ºC) 附近发生拐点，这使得它们的电阻/温度表达式的偏差更加复杂。

这种铂不仅具有高电阻率（是铜的六倍以上），而且具有高度的稳定性和较宽的温度范围。
尽管铂价格昂贵，但它可以被拉制成细线或条带，而且我们只需要少量即可制造 RTD。作为贵金属，它对污染的敏感性zui低。

杂质的存在是不希望的，因为在使用中可能发生扩散、偏析和蒸发，导致缺乏稳定性。

电阻率也对内部应变敏感。因此，重要的是铂应保持完全退火状态，即它应在高于zui高使用温度的温度下进行退火。

RTD温度传感器的温度额定值 ?
RTD 的zui高温度额定值基于两个不同的因素。首先是元素材料。

铂 RTD温度传感器可在高达 650°C (1202°F) 的温度下使用。其他材料的额定温度要低得多，并且因材料而异。

温度额定值的另一个决定因素是探头结构。这些不同风格中的每一种都使用了结构考虑因素，使它们非常适合在这些范围中的每一个中使用。

符合 IEC751 的 RTD温度传感器类型的公差表 ?

标准铂 RTD
ITS-90（1990 年国际温标-在 NIST、NPL 等国家计量实验室中用作全#球实用温标）由许多固定参考点组成，并带有用于定义点之间标度的各种插值设备。

一组特殊的 PRT，称为 SPRT，用于在此类实验室中在 13.8033 K（平衡氢的三点）到银的冰点 971.78 °C 的范围内执行插值。

热电阻标准
铂RTD有两种标准：欧洲标准（也称为 DIN 或 IEC 标准）和美国标准。
欧洲标准，也称为 DIN 或 IEC 标准，被认为是铂 RTD 的全#球标准。

该标准 DIN/IEC 60751（或简称为 IEC751）要求 RTD 在 0°C 时具有 100.00 Ω 的电阻和在 0 到 100° 之间的电阻温度系数 (TCR) 为 0.00385Ω/Ω/°C C。薄膜有三个电阻容差。

IEC60751 中规定的 RTD：

AA 级（原 1/3B） = ± (0.1+0.0017×t) °C 或 100.00 ± 0.04Ω at 0°C

A 级 = ± (0.15+0.002×t) °C 或 100.00 ± 0.06Ω at 0°C

B 级 = ± (0.3+0.005×t) °C 或 100.00 ± 0.12Ω at 0°C

此外，DIN/IEC60751 中未包含的一个特殊类别：

1/10B 级 = ±1/10 (0.3+0.005×t) °C 或 100.00 ± 0.012Ω at 0°C

RTD的结构

RTD 元件几乎总是需要连接绝缘引线。在低于约 250 °C 的温度下，使用 PVC、硅橡胶或 PTFE 绝缘体。
在此之上，使用玻璃纤维或陶瓷。测量点，通常是大多数引线，需要一个外壳或保护套，通常由金属合金制成，对被监控的过程具有化学惰性。

选择和设计保护护套可能需要比实际传感器更加小心，因为护套必须能够承受化学或物理攻击并提供方便的连接点。

铂薄膜 RTD
RTD 的薄膜样式可能是zui受欢迎的设计，因为它们坚固耐用且成本低。

薄膜元件是通过用非常薄的 (.0001”) 铂膜涂覆小陶瓷芯片，然后在铂膜中激光切割或化学蚀刻电阻路径来制造的。

然后在元件上涂上一层薄薄的玻璃，以保护它免受有害化学物质和气体的侵害。

较大的延长导线被点焊到芯片上，然后用一滴环氧树脂覆盖该连接点，以帮助将导线固定到元件上。

两线热电阻接线
两线 RTD 是zui简单的线配置。一根电线连接到元件的每一侧。

任何配备测量电阻的设备都可以进行测量，包括基本的伏特欧姆表 (VOM)。
图
这是zui不准确的温度测量方法，因为引线电阻与传感元件串联。
引线与传感元件处于不同的温度，并且还具有不同的电阻与温度特性。引线越长，对测量的影响越大。
三线热电阻接线
在三线RTD是工业应用中zui流行的配置。为了尽量减少引线电阻的影响，可以使用三线配置。

使用这种方法，传感器的两条引线位于相邻的臂上。电桥的每个臂上都有一个引线电阻，只要两个引线电阻精确相同，就可以抵消电阻。这种配置允许长达 600 米的电缆。
图
正确使用时，三线配置消除了串联电阻。

这允许对传感元件进行精确测量。其中两条引线连接到传感元件的一侧，单条引线连接到另一侧。

L1 和 L3 中的电阻应尽可能匹配；这将导致引线电阻抵消它们。三线 RTD 的颜色代码是两根红线和一根白线。

四线热电阻接线
甲四线RTD是测量RTD的zui精确的方法。它主要用于实验室，在工业应用中很少见到。

四线电阻温度计配置提高了被测电阻的准确性和可靠性：由于引线电阻引起的电阻误差为零。
图
四线RTD 电路消除了不匹配电阻对引线的影响。

恒定电流通过 L1 和 L4，L2 和 L3 测量 RTD 元件两端的电压降。

四线 RTD 的颜色代码通常是两根红线和两根白线。下图说明了典型的四线测量。

RTD 引线配置和颜色代码
图
矿物绝缘热电阻
矿物绝缘电阻温度计 (MI) 通常配备符合 DIN IEC 751 的铂测量电阻器 Pt100 Ω。

内部 (Cu) 导体嵌入紧密压实的惰性矿物粉末 (MgO) 中；测量电阻将连接到内部导体，也嵌入并被金属护套包围以形成密封组件。有时也使用康铜和镍的内导体。

在许多情况下，护套用作有用的保护罩。它们应用于需要快速响应、减少空间和/或抗振性的位置。它们可以配备固定电缆或特殊插头，以便快速安装或更换。

矿物绝缘RTD温度探头由柔性薄壁不锈钢矿物绝缘电缆组成，其中低欧姆导体铜线嵌入压制的耐热氧化镁中。

温度探头连接到内部导体的电线并容纳在不锈钢护套中。热套管和矿物绝缘电缆相互焊接。

护套和温度探头之间良好的热传递允许较短的响应时间和较高的测量精度。抗振（防震）设计保证了较长的使用寿命。

由于采用了柔性矿物绝缘电缆，因此可以在难以接近的测量点进行温度测量。zui小弯曲半径为外径的5倍。

金属护套 RTD
●它由不锈钢制成的薄壁柔性矿物绝缘护套电缆组成。
●该电缆包含由嵌入压制的防火氧化镁的铜制成的低电阻内线。
●温度传感器连接到内部导线并安装在保护管中。
●保护管和护套电缆密封焊接在一起。
●保护管和温度传感器之间良好的热传递允许快速响应时间和高测量精度。
●灵活的探针管允许在不易接近的位置进行温度测量。
●它们用于具有强烈振动的困难测量应用以及需要灵活性和易于更换的所有测量位置。
●应用领域包括化工厂、发电站、电机以及机械制造和建筑安装以及一般工业应用。
RTD 的潜在错误来源
电阻温度计系统易受三种类型的误差影响：温度计的内在容差、温度计与被感测介质之间的梯度，以及沿传感器与读数或控制仪器之间的路径引入的误差。

一些错误来源是电气的；其他原因是温度计的机械结构。

RTD 的互换性/一致性
参考温度下的公差通常为 0°C，斜率或 TCR 上的公差通常为 0°C。下图表明，电阻温度计在参考温度下zui接近其曲线，而电阻在该参考温度上下呈扇形散开。

两个温度计之间的互换性不超过其一致性值的两倍。商用铂电阻温度计元件具有极其严格的公差，在某些情况下可达到 0.026°C 以内。

当互换性是zui重要的考虑因素时，指定者可能会考虑其他方式来实现它。例如，制造商可能会改变他们的校准程序，以将参考温度和zui严格的公差固定在 0°C 以外的点上。

RTD 灵敏度
每度温度变化的电阻变化是基极电阻和 TCR（电阻温度系数）的函数。

虽然具有更高灵敏度的温度计不一定更准确，但更大的信号可以简化输出电子设备，并且不易受到引线效应和电噪声的影响。

此外，较大的电阻会以较小的测量电流产生相同的电压输出，这有助于限制温度计元件的自热。

RTD 的绝缘电阻
如果传感元件和引线未与外壳完全绝缘，则会发生分流效应，使外壳变成并联电阻并降低表观读数。在大多数工业温度计中，指定绝缘电阻在 100-MΩ 范围内，误差接近于零。
制造商必须注意密封吸水材料。分流效果随着低电阻元件而降低，这说明了这一点。分流效果随低阻元件而降低
RTD 自加热
电阻温度计是一种无源电阻传感器；它需要一个测量电流来产生一个有用的信号。

由于该测量电流将元件线加热到高于真实环境温度，除非额外的热量被消散，否则将导致误差。

自热通常以 mW/°C 表示，它是将温度计内部温度升高 1°C 所需的功率（以工厂瓦特 (1000 I2 R) 为单位）。mW/°C 数值越高，自热越低。

例如，假设 5 mA 测量电流在 100°C 下通过 100 铂 RTD。

在以 3 英尺/秒的速度移动的水中，自热规定为 50 mW/°C。产生的热量为：

1000 mW x (0.005 A) 2 x (138.5) = 3.5 mW

自热误差为：

(3.5 mW) / (50 mW/°C) = 0.07°C

产生的热量随着传感器元件电阻的增加（使用恒流测量设备时）或测量电流的增加而增加。

由此产生的误差与温度计散发额外热量的能力成反比；这反过来又取决于温度计的材料、结构和环境。

将高电阻装入小机身时，会发生zui严重的自热。薄膜元件的散热表面积很小，就是一个例子。

自热还取决于温度计浸入的介质。静止空气中的误差可能比流动水中的误差大 100 多倍。

RTD 时间常数
时间常数表示电阻温度计对温度变化的响应能力。

一个常见的表达方式是温度计反映流动水中 63.2% 的阶跃温度变化所需的时间。

响应速度取决于温度计的质量和热量从外表面传递到传感元件的速率。

快速时间常数可减少系统中受快速温度变化影响的错误。

RTD 的重复性
温度计的两个连续读数之间的一致程度是其可重复性。

重复性的损失是由元件电阻特性的永久或临时变化引起的，并且可能是由于将温度计暴露在其指定范围端点或超过其端点的温度下引起的。

重复性测试使温度计在低温和高温之间循环；对 R 的任何更改都会被记录下来。
0°C 工业铂电阻温度计的典型重复性等级为 ±0.1°C。

RTD 的角色稳定性
稳定性是温度计读数的长期漂移。典型的规范会将额定运行的漂移限制在每年 0.1°C。

在温度额定值范围内的正常服务通常会导致更少的漂移。漂移是元素材料的结果，其中铂zui稳定；封装材料，可能会污染元件；以及由于绕组线轴或其他支撑结构的膨胀而施加在元件上的机械应力。

RTD 结构中的封装和热传递
电阻元件周围的护套和其他结构应zui大限度地提高来自感测介质的热传递，zui大限度地减少可能改变读数的环境热传递，并为元件提供必要的保护。

适当的材料和结构可以显着提高阅读准确性。与热敏电阻、热电偶和固态设备相比，一种仅适用于绕线电阻温度计的策略是平均温度。一个元件可以在长达 100 英尺的长度上缠绕到平均温度。

RTD 的局限性
工业应用中的 RTD 很少在 660 °C 以上使用。在高于 660 °C 的温度下，防止铂金被温度计金属护套中的杂质污染变得越来越困难。这就是实验室标准温度计用玻璃结构代替金属护套的原因。
在非常低的温度下，比如低于 -270 °C（或 3 K），由于光子很少，RTD 的电阻主要由杂质和边界散射决定，因此基本上与温度无关。因此，RTD 的灵敏度基本上为零，因此没有用。
与热敏电阻相比，铂 RTD 对微小温度变化的敏感度较低，响应时间较慢。但是，热敏电阻具有较小的温度范围和稳定性

 

 

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