Pt100温度传感器-有用的东西知道

Pt100温度传感器是非常常见的传感器过程行业。这篇博客文章讨论了许多关于Pt100传感器的有用和实用的事情。有关于RTD和PRT传感器的信息，不同的Pt100机械结构，温度电阻关系，温度系数，精度等级和更多。

前段时间我写过热电偶，所以我想是时候写一下RTD温度传感器了，尤其是Pt100传感器，这是过程工业中非常常见的温度传感器。这个博客很长，因为在Pt100传感器上有很多有用的信息可以分享。我希望你喜欢它，并从中学到一些东西。所以让我们开始吧!

表的内容

由于这篇文章变得相当长，这里有一个目录来帮助你看到包括:

RTD传感器
PRT传感器
PRT与热电偶
测量RTD / PRT传感器
- 测量电流
- 自动加热
不同的PRT传感器的机械结构
- SPRT
- 部分支持PRT
- 工业铂电阻温度计，IPRT的
- 电影
其他RTD传感器
- 其他传感器铂
- 其他RTD传感器
装Pt100传感器
- 温度系数
- Pt100(385)温度电阻关系
- 其他不同温度系数的Pt100传感器
- 确保您的测量设备支持Pt100传感器
Pt100精度(公差)等级
系数
- Callendar-van Dusen
- 它的- 90
- Steinhart-Hart
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为术语,这两个“传感器”和“调查”单词都是常用的，在这篇文章中我主要用“sensor”。

同时,人们写“装Pt100”和“pt - 100”,我将主要使用Pt100格式。(是的，我知道IEC / DIN 60751使用Pt-100格式，但我很习惯Pt100格式)。

把这篇文章的pdf格式给我就行了!请按以下连结下载pdf:

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RTD温度传感器

由于Pt100是一个RTD传感器，我们首先来看看什么是RTD传感器。

缩写RTD来自“电阻温度探测器。“所以它是一个温度传感器，其中的电阻取决于温度;当温度变化时，传感器的电阻也会发生变化。因此，通过测量RTD传感器的电阻，RTD传感器可以用来测量温度。

RTD传感器通常由铂、铜、镍合金或各种金属氧化物制成。Pt100是最常见的RTD传感器/探头之一。

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PRT温度传感器

铂是RTD传感器最常用的材料。铂具有可靠的、可重复的、线性的耐温关系。RTD传感器由铂制成PRT”,铂电阻温度计。“流程工业中最常用的铂PRT传感器是装Pt100传感器。名称中的数字“100”表示在0°C(32°F)温度下具有100欧姆的电阻。稍后会有更多细节。

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PRT与热电偶

在之前的一篇博文中，我们讨论了热电偶。热电偶在许多工业应用中也用作温度传感器。那么，热电偶和PRT传感器有什么区别呢?下面是热电偶和PRT传感器的简短比较:

热电偶：

可以用来测量更高温度吗
非常健壮的
便宜的
自供电，不需要外部激励
不是很准确的
需要冷结补偿
延伸线必须是适用于热电偶类型的材料，并且必须注意测量电路中所有节点的温度均匀性
线路的不均匀性可能导致意外错误

prt：

是否比热电偶更精确、线性和稳定
不像热电偶那样需要冷结补偿
延长线可以是铜线
比热电偶更贵
需要一个已知的激励电流适合传感器类型
更加脆弱

简而言之，可以说热电偶比较适合高温申请和prt的申请需要更好的精度．

更多关于热电偶和冷结补偿的信息可以在这篇较早的博客文章中找到:

热电偶冷(参考)结补偿

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测量RTD / PRT传感器

由于RTD传感器的电阻随着温度的变化而变化，很明显，当测量RTD传感器时，你需要测量电阻。您可以测量欧姆电阻，然后根据使用的RTD类型的转换表(或公式)手动转换成温度测量。

现在，最常见的是，当在设备中选择正确的RTD类型(假设它支持使用的RTD类型)时，您使用温度测量设备或校准器自动将测量到的电阻转换为温度读数。当然，如果在设备中选择了错误的RTD传感器类型，就会导致不正确的温度测量结果。

测量电阻有不同的方法。你可以用2、3或4线连接．2线连接只适用于精度很低的测量(主要是排除故障)，因为任何线电阻或连接电阻都会给测量带来误差。任何正常的过程测量应使用3或4线测量。

例如，IEC 60751标准规定，任何精度优于B级的传感器必须用3线或4线测量。本文后面将详细介绍精度类。

只要记住使用3或4线测量，你就可以开始了。

当然，对于一些高阻抗热敏电阻、Pt1000传感器或其他高阻抗传感器，由两线测量引起的附加误差可能不会太显著。

更多关于2、3和4线电阻测量的信息可以在下面的博客链接中找到:

电阻测量;2、3或4线连接-它如何工作，使用哪一种?

测量电流

正如上面链接的博客文章中详细解释的那样，当一个设备测量电阻时，它发送一个小而精确的电流通过电阻，然后测量在电阻上产生的电压降。然后根据欧姆定律(R=U/I)，用电压降除以电流得到电阻。

如果你对欧姆定律更详细的信息感兴趣，请查看这篇博文:

欧姆定律-它是什么，仪器技术人员应该知道什么

自动加热

当测量电流通过RTD传感器时，也会导致RTD传感器微温。这种现象被称为自动加热．测量电流越高，开启时间越长，传感器就会越热。此外，传感器的结构及其对周围环境的热阻对自热也有很大的影响。很明显，这种温度传感器的自加热会造成很小的测量误差。

测量Pt100传感器时，测量电流通常最大为1 mA，但可以低至100µa或更低。根据标准(如IEC 60751)，自加热不得超过传感器公差规格的25%。

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不同的PRT传感器的机械结构

PRT传感器通常是非常精密的仪器，不幸的是，精度几乎毫无例外地与机械稳健性成反比．要成为一个精确的温度计，元件内部的铂丝应该能够随温度自由地收缩和膨胀，以避免应变和变形。缺点是这种传感器对机械冲击和振动非常敏感。

标准铂电阻温度计

越精确标准铂电阻温度计传感器是实现定点之间ITS-90温标的仪器。它们是由非常纯的(α = 3926 × 10^－3°C^－1)，金属丝支架的设计使金属丝尽可能无应力。由国际测量局(BIPM)出版的“ITS-90实现指南”定义了SPRT传感器必须满足的标准。其他传感器不是也不应该被称为SPRT。有玻璃、石英和金属护套传感器，适用于不同的应用。SPRT对任何类型的加速度都非常敏感，如最小的冲击和振动，这限制了它们在实验室的使用，以非常高精度的测量。

部分支持PRT

部分支持PRT是温度计的性能和机械坚固性之间的折衷。最准确的通常被称为二级标准或二次引用传感器。这些传感器可能采用某些结构 SPRTs电线等级可能相同或非常接近。由于一些电线支撑，它们比SPRTs更不脆弱。如果小心处理，它们甚至可以用于现场应用，仍然提供卓越的稳定性和低迟滞。

工业铂电阻温度计，IPRTs

当钢丝支撑增加时，机械稳健性增加，但与漂移和迟滞问题相关的应变也增加。这些传感器被称为工业铂电阻温度计，IPRTs．完全支持的iprt有更多的线路支持，而且在机械上非常健壮。导线被完全封装在陶瓷或玻璃中，使其对振动和机械冲击非常不敏感。缺点是由于传感铂粘结在具有不同热膨胀特性的衬底上，其长期稳定性较差，滞后较大。

电影

电影PRT近年来已经发展了很多，现在已经有了更好的PRT。它们可以以多种形式用于不同的应用程序。将铂箔溅射到选定的基片上，元件的电阻经常被激光修整到所需的电阻值，并最终封装以进行保护。与电线元件不同的是，薄膜元件对制造过程的自动化更加友好，这使得它们通常比电线元件更便宜。除了薄膜元件的时间常数通常很低，这意味着它们对温度变化的反应非常快之外，其优点和缺点通常与完全支持的导线元件相同。如前所述，一些制造商已经开发出将性能和健壮性更好地结合在一起的技术。

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其他RTD传感器

其他传感器铂

尽管Pt100是最常见的白金RTD/PRT传感器，还有其他几个如Pt25, Pt50, Pt200, Pt500和Pt1000。这些传感器之间的主要区别很容易猜测，即在传感器名称中提到的0°C时的电阻。例如，Pt1000传感器具有电阻在0°C的1000欧姆。知道温度系数也很重要，因为它影响其他温度下的电阻。如果是Pt1000(385)，则温度系数为0.00385℃。

其他RTD传感器

尽管铂金传感器是最常见的RTD传感器，也有其他材料制成的传感器，包括镍、镍铁和铜传感器。常见的镍传感器包括Ni100和Ni120，镍铁传感器Ni-Fe 604欧姆和铜传感器Cu10。这些材料在某些应用中各有优点。与贵金属铂相比，其常见缺点是温度范围较窄，易腐蚀。

RTD传感器也可以用金、银、钨、铑铁或锗等其他材料制成。它们在某些应用中表现出色，但在正常的工业操作中却非常罕见。

由于RTD传感器的电阻取决于温度，我们也可以将所有通用的PTC(正温度系数)和NTC(负温度系数)传感器包括在这类传感器中。例如用于测量温度的热敏电阻和半导体。NTC类型特别常用来测量温度。

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装Pt100传感器

温度系数

流程工业中最常见的RTD传感器是Pt100传感器，其电阻为100欧姆在0°C(32°F)。

按照相同的逻辑命名约定，Pt200传感器在0°C(32°F)时电阻为200欧姆，Pt1000为1000欧姆。

Pt100传感器(以及其他Pt传感器)在较高温度下的电阻取决于Pt100传感器的版本，因为Pt100传感器有几个不同的版本，它们的温度系数略有不同。在全球范围内，最常见的是“385”版本。如果没有提到这个系数，它通常是385。

Pt100传感器的温度系数(希腊符号Alpha => α)表示为100℃时电阻与0℃时电阻之差除以0℃时电阻与100℃的乘积。

这个公式很简单，但写出来的时候听起来有点复杂，所以让我们把它看作一个公式:

地点:

温度系数

R100 =电阻在100°C

R0 =电阻在0°C

让我们看一个例子，以确保这一点是清楚的:

Pt100在0°C时电阻为100.00欧姆，在100°C时电阻为138.51欧姆。温度系数的计算方法如下:

我们得到的结果是0.003851 /°C。

或者通常写成:3.851 x 10^－3°C^－1

通常这被称为“385”Pt100传感器。

这也是标准IEC 60751:2008中规定的温度系数。

传感器元件的温度系数主要取决于用于制作导线的铂的纯度。铂越纯，alpha值就越高。现在这不是问题了非常纯铂材料。为了制造满足IEC 60751温度/电阻曲线的传感器，纯铂必须掺杂适当的杂质，使alpha值降至3.851 x 10^－3°C^－1．

α值从以水的熔点(≈0℃)和沸点(≈100℃)作为参考温度的时间开始下降点,但仍在用铂丝来定义等级。由于水的沸点实际上是一个比参考温度点更好的高度计，另一种定义导线纯度的方法是镓点(29.7646°C)的电阻比，这是一个定义的固定点在ITS-90温标。这个电阻比用希腊字母ρ (rho)来表示。

典型的ρ值为“385”传感器是1.115817,SPRT是1.11814。在实践中，好的旧alpha在很多情况下是最方便的，但是 ρ也可能被宣布。

Pt100(385)温度电阻关系

在下图中，你可以看到Pt100(385)传感器的电阻如何依赖于温度:

当观察这些时，你可以看到Pt100传感器的电阻-温度关系不是完美的线性关系，但这种关系有点“弯曲”。

下表显示了Pt100(385)的温度与电阻的几个点的数值:

其他不同温度系数的Pt100传感器

大多数传感器已经标准化，但世界各地有不同的标准。Pt100传感器也是如此。随着时间的推移，已经有一些不同的标准被指定。在大多数情况下，温度系数只有相对较小的差异。

作为一个实际例子，我们在Beamex温度校准器中实施的标准来自以下标准:

IEC 60751
DIN 43760
ASTM E 1137
JIS C1604-1989 alpha 3916, JIS C 1604-1997
央行rc21 - 4 - 1966
Goct 6651-84, gost 6651-94
Minco表拿下
爱迪生曲线# 7

确保您的测量设备支持Pt100传感器

标准Pt100探头的好处是，每个传感器都应该满足规格，你可以把它插入你的测量设备(或校准器)，它将测量自己的温度，就像规格(传感器+测量设备)定义的那样精确。此外，该过程中的传感器应该是可互换的，无需校准，至少对于不太关键的测量。尽管如此，在使用前在已知温度下检查传感器仍然是一个好习惯。

无论如何，由于不同的标准对Pt100传感器有一些不同的规范，重要的是，您用于测量Pt100传感器的设备支持正确的传感器(温度系数)。例如，如果您的测量设备只支持Alpha 385，而您使用的是带有Alpha 391的传感器，在测量中会有一些误差。这个错误重要吗?在这种情况下(385 vs 391)， 100℃时的误差约为1.5℃。所以，我认为这很重要。当然，温度系数之间的差越小，误差就越小。

因此，确保您的RTD测量设备支持您正在使用的Pt100探头。通常情况下，如果Pt100没有指示温度系数，它是385传感器。

作为一个实际例子，Beamex MC6校准器和通信器支持以下基于不同标准的Pt100传感器(括号中的温度系数):

装Pt100 (375)
装Pt100 (385)
装Pt100 (389)
装Pt100 (391)
装Pt100 (3926)
装Pt100 (3923)

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Pt100精度(公差)等级

Pt100传感器可在不同的精度级别。最常见的精度等级是AA A B C在IEC 60751标准中定义。标准为制造商定义了一种理想的Pt100传感器。如果有可能建立一个理想的传感器，公差级别将是无关紧要的。

由于Pt100传感器无法调整来补偿误差，所以您应该购买一个精度适合应用的传感器。在某些测量设备中，传感器误差可以用某些系数进行修正，稍后再详细说明。

不同准确度类别的准确度(按IEC 60751:2008):

还有所谓的1/3 DIN和1/10 DIN Pt100口语精度等级。它们是标准的课程，例如，DIN 43760:1980-10，被取消了 1987年,但在后来的IEC 60751标准或其德语表亲DIN EN 60751中没有定义。这些传感器的公差是基于B级传感器的精度，但误差的固定部分(0.3°C)除以一个给定的数字(3或10)。然而，在谈论Pt100时，这些术语是固定词组，我们在这里也会流利地使用它们。这些传感器的精度等级如下:

当然，传感器制造商可以制造具有自己定制精度级别的传感器。IEC 60751标准第5.1.4节定义了这些特殊公差级别应该如何表示。

这些公式可能很难与之进行比较，下表中精度等级是在温度(°C)下计算的:

值得注意的是，即使“1/10 DIN”听起来很吸引人，在0°C的低0.03°C容忍，它实际上比A级更好，只是在狭窄的范围内-40…+40°C。

下图显示了这些精度等级之间的差异:

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系数

精度等级通常用于工业RTD传感器，但当涉及到最精确的PRT参考传感器(SPRT，二级标准…)，这些精度等级不再有效。为了达到这一目的，这些传感器被制造得尽可能像温度计一样好，而不是匹配任何标准曲线。它们是非常精确的传感器，具有非常好的长期稳定性和非常低的迟滞，但这些传感器是独立的，所以每个传感器有稍微不同的温度/电阻关系。如果不使用每个传感器的单独系数，就不应该使用这些传感器。您甚至可以为SPRT找到一般的CvD系数，但这将破坏您已经付出的性能。如果代入a 100欧姆像Beamex RPRT这样的二次PRT传感器放入一个测量标准Pt100传感器的设备中，你可能会得到一个几度甚至十度不正确的结果。在某些情况下，这并不重要，但在其他情况下，这可能是药物和毒素的区别。

因此，这些传感器必须始终使用适当的系数。

如前所述，RTD传感器无法“调整”以正确测量。因此，需要在用于测量RTD传感器的设备(例如温度校准器)中进行校正。

为了求出这些系数，首先要对传感器进行非常精确的校准。然后，从标定结果中得到所需方程的系数，可以拟合出传感器的特性电阻/温度关系。利用这些系数可以对传感器的测量进行修正，使其测量非常准确。有几个不同的方程和系数来计算传感器的温度电阻。这些可能是最普遍的:

Callendar-van Dusen

在19世纪末^th世纪时，Callendar引入了一个简单的二次方程来描述铂的电阻/温度行为。后来，范杜森发现，在零以下需要一个额外的系数。这就是所谓的卡伦德-范杜森方程，CvD。对于alpha 385传感器，它通常和ITS-90一样好，特别是当温度范围不是很宽的时候。如果你的证书表明系数R₀， A, B, C，它们是IEC 60751标准形式的CvD方程的系数。系数C只在0°C以下使用，如果在0°C以下没有校准，则可能没有系数C。系数也可以是R₀δα, 和β。他们适合来历史上使用的CvD方程形式，现在仍然在使用。不管本质上是同一个方程，它们的形式和系数都是不同的。

它的- 90

it -90是一个温标，不是标准。卡伦达-范杜森方程是1927年、1948年和1968年之前的量表的基础，但ITS-90带来了明显不同的数学。当使用SRPTs实现温标时，必须使用ITS-90功能，但与CvD相比，许多低alpha prt也受益于它，特别是当温度范围很宽(数百度)时。如果您的证书表明的系数如RTPW或R(0,01)， a4, b4, a7, b7, c7，它们是ITS-90偏差函数的系数。ITS-90文件没有为系数或子范围指定数字符号。它们出现在NIST技术说明1265“实现1990年国际温标的指南”中，并被广泛采用。系数的数目可以变化，子区间编号为1…11。
- RTPW、R(0,01°C)或R(273,16k)为传感器在水0,01°C三相点的电阻
- A4和b4是小于零的系数，也可能是一个_热晕和 b_热晕意思是“零度以下”，或者只是a和b
- A7 b7 c7都是大于零的系数，也可能是一个_阿兹b_阿兹和 c_阿兹意思是"大于0 "或者ab c

Steinhart-Hart

如果您的传感器是热敏电阻，您可能在证书中有Steinhart-Hart方程的系数。热敏电阻是高度非线性的，方程是对数的。斯坦哈特-哈特方程已经广泛地取代了早期的贝塔方程。通常系数是A B 和C，但也可能有系数D或其他，取决于方程的不同。系数通常由制造商公布，但它们也可以进行拟合。

求出传感器系数

Pt100传感器送到实验室进行校准和拟合时，必须正确选择校准点。0°C或0.01°C的点总是需要的。该值本身需要进行拟合，但通常冰点(0°C)或水电池的三相点(0.01°C)也用于监测传感器的稳定性，并在校准期间多次测量。校准点的最小数目与应拟合的系数数目相同。例如，要拟合ITS-90系数a4和b4在零以下，至少需要两个已知的负校准点来解这两个未知系数。如果传感器的性能在实验室中是众所周知的，那么在这种情况下两分就足够了。然而，在绝对必要的情况下测量更多的点是一个很好的做法，因为证书没有其他方法可以告诉传感器在校准点之间的行为。例如，CvD对宽温度范围的拟合可能看起来相当不错，如果你只有两个或三个校准点在零以上，但校准点之间可能有一个系统性的残留误差，这个误差是你根本看不到的。这也解释了为什么CvD和ITS-90的校准不确定度不同，适用于相同的传感器和完全相同的校准点。测点的不确定度没有区别，但不同配件的残余误差通常被加到总不确定度中。