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PT100温度传感器

Pt100(Platinum 100,铂100),电阻温度检测器是许多过程控制装置的重要组成部分。

准确且可重复的温度测量是许多过程的要求,包括加热和冷却、化学反应、巴氏杀菌等。

什么是 Pt100 传感器?

电阻温度传感器或RTD,是一类传感器,当它们插入的介质温度发生变化时,它们的电阻会发生变化。

电阻的这种变化与温度成正比,并随温度以某种线性方式变化。

这意味着随着温度的升高,RTD 的电阻也会增加。因此,如果我们能够测量 RTD 的电阻,我们就可以确定温度。为什么是这样?这完全取决于构成 RTD 的材料的物理特性。

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虽然 RTD 可以由多种金属制成,包括镍和铜,但铂的物理特性使其非常适合用于 RTD温度传感器。

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铂的物理性质

1) 基本要素

让我们来看看铂的物理特性。首先,铂是一种基本元素,化学符号为Pt。这是 Pt100 RTD 名称的第一部分。

铂的分子量为 195,这使它成为一种具有自由电子的相当重的金属,使其成为良好的电导体,尽管不如铜或银那么好。

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2)线性度

铂的电阻随温度几乎呈线性变化,在零摄氏度时的电阻正好为100.00欧姆。这就是名称Pt100的后面的“100”的来源。

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3) 惰性

铂的另一个使其对温度测量非常有价值的特性是它非常惰性。它不会在很大程度上与其他化合物发生反应。

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阿尔法系数(alpha)

即电阻温度系数:温度每变化一度电阻值的变化数值。

那么铂的电阻随温度变化多少呢?所用铂的纯度会影响温度变化时电阻的变化。

工业中使用的最常见的 Pt100 RTD 是温度每升高 1 摄氏度,电阻会以大约0.385 欧姆的速率变化。

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我们知道 Pt100 传感器在零摄氏度时的电阻为 100 欧姆,因此我们预计在 100 摄氏度时的电阻为 138.5 欧姆。

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385 系数来自根据 RTD 的物理特性近似其电阻的公式。

该等式将 RTD 在被测温度下的电阻与零摄氏度下的电阻相关联。该等式中的阿尔法系数就是电阻随温度的变化率。

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对于 Pt100 RTD,我们一直在描述,如果我们将 Pt100 RTD 在零和 100 摄氏度时的电阻值代入,我们发现 alpha 的值为0.00385。

知道 alpha,我们可以计算 RTD 在其范围内的任何温度下表现出的近似电阻。

Pt100 RTD 通常称为Pt100 (385) RTD。铂 RTD 表现出不同的 alpha 值,这些 RTD 使用它们各自的 alpha 值来指定,例如Pt100 (391)传感器。

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Pt100 (385) RTD标准表

该等式只是近似值,因此要了解任何测量电阻的真实温度,我们需要查阅已发布的 Pt100 (385) 传感器电阻标准表,如下图所示:

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Pt100 RTD 通常是通过将一根细铂线缠绕在有助于支撑细线的非导电芯上而组成的。整个组件被包裹在一个护套中,以保护传感器并使其稳定。

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在工业应用中,RTD 通常放置在称为热电偶套管的保护性金属管内。RTD 的长度和热套管的设计需要由工程师确定具体参数。

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PT100 RTD 可以由单根铂丝制成,从而提供带有两条引线的传感器。

这些引线可以连接到用于接受 RTD 输入的特殊 I/O 卡,或者可以将引线连接到温度变送器,该变送器可以输出标准的 4-20mA信号。

在任何一种情况下,I/O 卡或变送器都有内置的算法程序,由这些算法程序确定 RTD 从测量电阻读取的温度。前面的电阻标准表需要事先编程到变送器和 RTD  I/O 卡中。

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2 线 Pt100 RTD

为了确定 RTD 的电阻,使用了一种特殊的电桥电路,称为惠斯通电桥。

在此图中,有四个电阻器。电阻器 A、B 和 C 的值相等。第四个电阻是 RTD 本身,它的电阻可以从桥的两条腿上测得的电压推导出来。

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这种 2 线 RTD 的设计不是很准确,因为铂电阻传感器的引线本身由于自身导线长度和连接点具有一定的电阻值。

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3 线 Pt100 RTD

为了补偿增加的电阻,在传感器的第三根导线处添加了第二根铂丝。

这第三条引线用于确定引线本身的电阻,并从整体测量电阻中减去电阻,从而得出仅因温度变化而产生的真实电阻。

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 3 线 RTD 是业内使用最广泛的。虽然比 2 线 RTD 贵,但稳定性和准确性有很大的提高。


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