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RTD 与热电偶

⚖️ RTD 与热电偶

RTD(电阻温度探测器)通过电阻变化测温;热电偶通过电压产生测温。两者各有优劣,用错会浪费时间和金钱。

并排对比

对比维度 ✅ RTD(Pt100 / Pt1000) ✅ 热电偶(K、N 等)
精度 ±0.1°C(AA 级)—— 最佳 ±1.5°C(K 型)—— 良好
稳定性 长期极佳,漂移极小 随时间漂移(尤其 >1000°C)
线性 电阻-温度近乎线性 非线性(需多项式转换)
测量范围 -200°C ~ +850°C(典型上限) -200°C ~ +1350°C(K 型),至 +2320°C(C 型)
响应速度 慢(铂元件热质量大) 快(热质量小,尤其裸露端)
成本 比热电偶贵 2–3 倍 便宜(典型工业传感器 £10–50)
接线 需 3 线或 4 线连接(补偿引线电阻) 仅 2 线,简单
功耗 需激励电流(1–5 mA) 自供电(自身产生电压)
自热 激励电流致自热误差(约 0.1–0.5°C) 无(无源传感器)

何时使用 RTD

应用 为何用 RTD
制药 / 食品验证 法规要求 ±0.1°C 精度(FDA 21 CFR Part 11、EU Annex 11)。仅 RTD 可达。
环境试验箱 <200°C RTD 低温精度优,无冷端误差,长期稳定。
实验室参考标准 SPRT(标准铂电阻温度计)定义 ITS-90 温标,可溯源校准。
过程控制 <600°C 过程要求 ±0.2°C 控制(如聚合物挤出、化学反应器),RTD 值回票价。
需长寿命 RTD 可用 10–20 年微漂;TC 高温下 1–2 年显著漂移。

何时使用热电偶

应用 为何用热电偶
高温 >850°C RTD 在 >850°C 失效,仅热电偶可用于炉温(1000–1600°C)。
需快速响应 TC 0.1–1 秒响应(裸露端);RTD 需 5–30 秒。瞬态测量关键。
振动 / 机械冲击 TC 坚固(矿物绝缘护套);RTD 脆(铂元件易裂)。
小探头尺寸 TC 可做 0.5mm 直径(热质量极小);RTD 最小约 3mm。
预算受限 TC £10–50,RTD £50–200。100+ 传感器时成本差异显著。
长线缆敷设 TC 延长线便宜(£0.50/m);RTD 3 线缆贵(£5/m)。100m 用 TC 省 £450。

RTD 接线配置

🔹 2 线 RTD(不推荐——引线电阻致误差):传感器 ────────┐ ────────┘ 控制器施加电流、测电压。问题:引线电阻叠加到 RTD 电阻。误差:每 1Ω 引线电阻 +0.4°C(典型 10m 缆 0.5Ω = 每 10m +0.2°C)。 🔹 3 线 RTD(标准——补偿引线电阻):传感器 ────────┐ ────────┤ 控制器 ────────┘ 第三线让控制器测量并扣除引线电阻。假设三线电阻相同(同缆同温时成立)。误差:典型 <0.05°C。工业最常见。 🔹 4 线 RTD(最佳——彻底消除引线电阻误差):传感器 ════════════┐ ════════════┤ 控制器(独立感测与激励对)────────────┤ ────────────┘ 电流走一对,电压在另一对测(无电流 = 无压降)。误差:<0.01°C。用于校准标准与关键测量。
⚠️ 2 线 RTD 误差 除非线缆 <1 米,否则绝不用 2 线 RTD。50m 缆、0.1Ω/m 电阻 = 5Ω 引线电阻 = Pt100 上 +2°C 误差(Pt100 在 0°C 为 100Ω,100°C 为 138Ω)。此误差常在安装时被忽略,日后被归咎于”校准不良”。

Pt100 vs Pt1000

参数 Pt100 Pt1000
0°C 电阻 100.00 Ω 1000.00 Ω
100°C 电阻 138.51 Ω 1385.06 Ω
灵敏度 0.385 Ω/°C 3.85 Ω/°C(信号强 10 倍)
引线电阻误差 较高(引线电阻占总阻比例大) 较低(电阻高 10 倍,引线误差为 1/10)
自热误差 较低(同电压需电流小) 较高(电流大,I²R 热多)
典型用途 标准、最常用,配 3 线或 4 线良好 需长线缆(>50m)时;可 2 线且误差小于 Pt100 的 3 线
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