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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(fā)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(jié)構(gòu)。

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(guān)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(fā)熱

在施加電流以激發(fā)RTD元件以測量其信號時會產(chǎn)生熱能。

發(fā)生的自發(fā)熱將導(dǎo)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(chǎn)生的電壓降。

不幸的是，流經(jīng)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(qū)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(fā)熱通常以mW /°C表示，這是指將內(nèi)部元件溫度提高1°C所需的功率。因此，該數(shù)字越高，自熱將越低。

例如，假設(shè)在100°C下使用2mA的勵磁電流來驅(qū)動100Ω的鉑RTD。這將產(chǎn)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(guī)格為50mW /°C。

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

這導(dǎo)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(zhì)。

例如，RTD可以在靜止空氣中自加熱的熱量比在應(yīng)用此規(guī)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(dǎo)致元件自發(fā)熱。

自熱會改變RTD電阻并導(dǎo)致測量誤差增加。

通過提供較低的勵磁電流，可以將自發(fā)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(shù)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(gòu)造和環(huán)境的產(chǎn)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(yīng)的較小表面積以散熱。

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

因此，25mW /°C的耗散常數(shù)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(shù)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(zhì)將熱量帶離設(shè)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(shù)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(dǎo)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(shù)，單位為W /°C。

總結(jié)：

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(chǎn)生的熱量而引起的。

ASTM標(biāo)準(zhǔn)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?。?.02–0.39 mW）。