做出合适的选择：热电阻 vs. 热电偶

发布时间：2013-12-26 作者：Ashleigh Hayes

        过程工业中的温度变化会对利润、安全性和质量带来至关重要的影响。很多行业和应用都相关，包括石油天然气、发电、精炼厂、石化厂和制药厂等等。精确地监控温度依赖于多个因素，包括为特定应用和过程选择合适的传感器。
        最常用的两种测温设备是热电阻（RTD）和热电偶（TC）。这两种设备在技术层面是不同的，每一种都有其自身的好处。

各种情况下的答案并不一致，在作出选择的时候你需要仔细考虑并作出一些性能上的让步。图表来源：Emerson Process Management

        RTD利用了金属电阻会随着温度的升高而升高的原理——这种现象被称为热阻效应。
        相比之下，TC是一种闭合回路的热电温度传感设备，由两跟材质不同但是两端相连的金属线组成。当在热电偶一端或者一个交叉点的温度与热电偶另一端的温度不同时，就会在金属线上产生电压，对比不同金属材质上产生的电压的不同就是TC的测温原理。
        差异比较
        RTD由电阻性材料组成，保留引出线，并且通常放置在保护外套内。电阻性材料可以是铂金、铜或者镍，最常用的材料就是铂金，因为这种材料的精度高，具有优秀的可重复性以及在宽广的量程范围内具有优异的线性度。每摄氏度的温度变化会导致较大的电阻变化，最常用的两种RTD传感器形式是绕线式和薄膜式。
        绕线式RTD可以将绕组线围绕着陶瓷芯棒缠绕，也可以将绕组线缠绕在螺旋形状的陶瓷套上——正因为如此这种类型的RTD被称作绕线式RTD。对于薄膜式RTD，在一个平面（通常是长方形）陶瓷基片上涂覆一层电阻涂层，薄膜式RTD通常比绕线式RTD的成本要低，因为前者结构所使用的材料较少。

 温度传感器的不锈钢探头从外观上看可能相差不多，所以你需要明确内部到底装了什么类型的传感器。

        通常，RTD比TC具有更高的重复性和更高的敏感性。RTD长期使用后的测量漂移可以预测，而TC的漂移通常无法确定。这样一来，RTD的校准频次就可以较低，也就意味着成本较低。最终，RTD能够提供优秀的线性度。当与线性度同样优秀的变送器搭配使用时，可以实现0.1℃的精度，这比TC的性能要好很多。
        相比之下，TC是一种闭合回路的热电温度传感设备，由两跟材质不同但是两端相连的金属线组成。不同金属材质的组合被分类成不同类型的热电偶，而且具有不同的特性。最常用的是J型热电偶（使用铁和铜镍合金的组合）和K型热电偶（使用镍镉合金和镍基热电偶合金的组合）。TC具有比RTD更快的响应速度和更高的测温区间，但是精度却较差。为了增加耐久性，TC可以使用金属保护管结构，以抵抗振动。本文的图表比较了这两种关键传感器的特性。
        选择合适的传感技术
        为你的过程和应用选择合适的传感器技术，下面几个基本的问题你需要思考清楚：
        1.你的测温范围是什么？选择传感器时，明确需要的测温区间很重要。如果温度超过850℃，你就必须使用TC。如果温度低于850℃，RTD和TC都可以胜任。还要记住，绕线式RTD的测温区间比薄膜式RTD的测温区间要宽。
        2.你所需的传感器精度是多少？在选型过程中，明确所需的传感器精度等级同样很重要。大体上来讲，RTD比TC的精度要高，绕线式RTD比薄膜式RTD的精度要高。假设在选型的过程中没有其他的因素影响最终的选择，那么就选择精度最高的传感器技术。
        3.是否需要考虑过程振动？在选择传感器时，有一些过程需要考虑振动问题。在所有传感器技术中，TC具有最高的抗振性。如果你明确会遭遇较强的振动，那么TC能够提供最佳的可靠性。薄膜式RTD也具有一定程度的抗振性，但是它们并不耐用。绕线式RTD不能用在具有强烈振动的环境中。
        正确的选择带来正确的结果
        选择合适的温度传感器的关键在于首先思考一些项目需求的基本问题，然后根据应用和过程匹配合适的传感器。举一个管道测温的例子，管道状态经常变化且时常伴有振动，过程温度位于200到300℃之间。目标是克服这些挑战并获得尽可能高的测量精度。

热电偶有多种类型，取决于不同导线类型的组合。大多数类型的TC比RTD具有更高的测温极限。

        为了确定使用何种传感器，首先要考虑TC和RTD之间的差异。两种传感器技术都可以轻松胜任这一应用的测温区间需求。TC以优秀的抗振能力而著称，所以初步判断TC是一个不错的选择。然而，在这个特定的测温例子中，要求获得尽可能高的测量精度，那么适合这个应用的最佳选择就是薄膜式RTD。薄膜式RTD比绕线式RTD具备较高的抗振能力，而且比TC的精度要高。
        第二个例子是对温度范围从550到900℃的没有振动的核反应堆进行温度测量。目标是获得±5 ℃的测温精度。RTD能够保持测温精度恒定，特别是在振动较小的环境中。然而，不要忘记温度区间，RTD通常不能使用在温度超过850℃的环境中。既然过程温度能够达到900℃，那么就应该选择TC。如果应用在不合适的温度区间，传感器就很有可能失效并且测温失准，这就是为什么选择合适的传感器非常关键。