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電阻溫度檢測器的缺點之自熱誤差形成因素分析

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2020-10-20 08:44:25【小中大】

電阻溫度檢測器（RTD）是用于測量溫度的傳感器。許多RTD元件由包裹陶瓷或玻璃芯的細絲組成，但也可以使用其他結構。

的RTD線是一個純粹的材料，通常為鉑，鎳，或銅。

該材料具有精確的電阻/溫度關系，用于提供溫度指示。由于RTD元件易碎，因此通常將它們放在保護性探頭中。

電阻溫度檢測器的主要缺點如下：

自發熱

在施加電流以激發RTD元件以測量其信號時會產生熱能。

發生的自發熱將導致溫度測量錯誤。由于RTD會隨溫度變化而改變其電阻，因此最實用的測量方法是使電流流過RTD并測量產生的電壓降。

不幸的是，流經元件電阻的勵磁電流試圖通過熱量耗散電能時會升高元件溫度，從而給我們的溫度測量增加了誤差。

對抗由自熱驅動的正向變速的方法是增加與我們正在檢測的材料的熱接觸，和/或減少激勵電流。

RTD傳感器的自發熱通常以mW /°C表示，這是指將內部元件溫度提高1°C所需的功率。因此，該數字越高，自熱將越低。

例如，假設在100°C下使用2mA的勵磁電流來驅動100Ω的鉑RTD。這將產生138.5Ω的傳感器電阻。在水中以1m /秒的速度移動時，其自熱規格為50mW /°C。

因此，通過這種配置產生的熱量為1000mW / W×I 2 * R ＝ 1000×（0.002A）2 ×138.5Ω＝ 0.55mW。

這導致僅（0.55mW）/（50mW /°C）= 0.01°C的自熱誤差。

重要的是要注意，元件的有效自加熱在很大程度上取決于元件所浸入的介質。

例如，RTD可以在靜止空氣中自加熱的熱量比在應用此規范的移動水中的熱量高100倍。

因為我們通過汲取流過RTD的電流來測量RTD的電阻，所以RTD消耗的I 2 R功率會導致元件自發熱。

自熱會改變RTD電阻并導致測量誤差增加。

通過提供較低的勵磁電流，可以將自發熱的負面影響降到最低。

某些儀器將使用低至0.1mA的RTD勵磁電流來最小化此誤差。

在上面的示例中，即使在靜止的空氣中，這也會將自熱降低到?0.001mW / 50mW /°C = 0.00003°C，這是微不足道的數量。

該誤差的大小與傳感器元件的散熱能力成反比。這是它的材料，構造和環境的產物。

小巧的RTD元件具有較小的散熱面積，因此具有較高的自熱效果。

也許最壞的情況是薄膜RTD，該薄膜RTD通常具有較高的熱阻和相應的較小表面積以散熱。

通常，RTD傳感器規格中提供了耗散常數。該數字與將RTD溫度升高一度所需的功率有關。

因此，25mW /°C的耗散常數表明，如果RTD中的I 2 R功率損耗等于25mW，則RTD將被加熱1°C。

耗散常數通常在兩個條件下指定：自由空氣和攪拌良好的油浴。這是因為介質將熱量帶離設備的能力不同。

可以通過以下方法從RTD消耗的功率和耗散常數中找到自熱溫度升高：

ΔT= P / PD

其中ΔT=由于以℃為單位的自熱而導致的溫度上升；P = RTD在電路中從W消耗的功率；PD = RTD的耗散常數，單位為W /°C。

總結：

自熱誤差是由于RTD元件無法消散由通過測量電流施加的所需功率所產生的熱量而引起的。

ASTM標準要求在25°C的水中施加33 mW的誤差最大為1°C，IEC在施加最大工作電流時在25°C的水中誤差最大為0.05°C。

這些測試方法是實驗室比較好的方法。對于在過程中正確浸入的PRT，工作電流為1 mA或更小，因此100ΩPRT的功率（I 2 R）也很小（0.02–0.39 mW）。