铂电阻和NTC温度传感器

比较了两种方法的精度、长期稳定性和可重复性

铂电阻温度传感器(电阻温度传感器)的特点是具有正电阻和几乎线性的电阻-温度曲线特性,由DIN EN60751(IEC 60751)标准明确定义。

Pt Resistance
铂温度传感器的正线性电阻特性

使用薄膜工艺在陶瓷衬底上沉积结构化的铂曲径。铂曲径起到热敏电阻器的作用。以高精度测量传感器两端的电压降,并将其转换为温度值。其他版本的铂电阻式温度传感器使用绕线技术构建。铂电阻温度传感器在-196°C至1000°C的宽温度范围内工作。

NTC Resistance
NTCs的负电阻和指数电阻曲线

NTC(负温度系数)热敏电阻由金属氧化物半导体陶瓷制成,通常通过厚膜或压缩粉末工艺生产。它们的特点是电阻随温度变化呈负指数变化。电阻的变化(电压降)可以转换为温度值。典型的工作温度窗口比铂电阻元件窄:标准环氧涂层芯片热敏电阻为-55°C至+150°C,玻璃涂层芯片热敏电阻器为-55℃至+300°C。

Pt NTC(典型)
特性曲线 ‘-正的近似线性TCR
’-TCR:3850 ppm/K(典型值)
‘-符合DIN EN 60751标准的特性
‘-负的非线性TCR
’-典型斜率:在25°C时为-4.4%/°C
典型电阻值  pt100 ,  pt200 ,  pt500 ,  pt1000 2.252k @ 25 °C, 10k @ 25 °C, 20k @ 25 °C
配置 ‘-带引线的元件
’-SMD贴片式封装,SOT223, TO92
环氧树脂或玻璃封装;二极管封装,贴片式,其他封装方式
材质 陶瓷基板上的铂薄膜曲径 金属陶瓷复合材料
工作温度范围 ‘-196°C至1000°C ’-100°C至300°C,特殊类型最高可达750°C

为什么要使用铂电阻温度传感器?

铂电阻具有符合公认的DIN EN 60751标准的线性信号特性。本标准提供了传感器信号输出和公差的明确定义,并确保了传感器的易于选型与互换性。此外,它还允许电子和软件的标准化。虽然来自不同制造商生产的NTC可能具有相似的信号输出,但没有公认的NTC国际标准。

铂传感器在宽的温度范围内具有高精度;F0.3公差适用于-70°C至+500°C的温度范围。NTC热敏电阻也具有高精度,但通常在更窄的温度范围内体现,如0°C至+70°C。通常NTC制造商会推荐参考NTC于25°C时在相对较窄的温度范围所实现的高精度。

温度传感器在使用过程中会受到很大的应力,尤其是在较高的应用温度下。铂是一种贵金属,具有理想的高温性能和耐化学性,是一种理想的温度传感材料。与NTC热敏电阻相比,铂电阻温度传感器具有优异的低漂移特点和更高的长期稳定性、更好的可重复性和更高的耐温能力。

Pt NTC (typical)
测量偏移 ‘-极低的漂移量
’-通常在500°C下1000小时后漂移为0.04%
‘公称阻值漂移:在150°C下100小时后通常为0.35%
精度 ’-宽温度范围内的高精度

在DIN里的定义:
‘-F 0.3/B级:0°C时 ±0.12%(±0.3°C)
’-F 0.15/A:0°C时 ±0.06%(±0.15°C)
‘-F 0.1/ 1/3B: 0°C时 ±0.04%(±0.10°C)
’-在相对较窄的温度范围内具有高精度
‘-典型参考值:±1%@25°C
长期稳定性 在高温下具有优异的长期稳定性 ’- NTC的稳定性与应用要求相匹配
‘-玻璃涂层NTCs比标准环氧涂层NTCs具有更高的稳定性
可重复性 高精度,低漂移,支持在宽温度范围内的高重复性 在有限的温度范围内具有良好的精度,精度取决于使用寿命和应用温度范围

铂金——精确数据的基础

Platinum – the foundation for precise data

精确的温度数据是许多过程控制的关键。只有当准确地知道基准情况时,才能对其进行有效的控制和优化。

挑战通常在于确定实际使用条件下的情况,而实际使用条件往往要求很高。在某些情况下,必须以特定的精度进行温度测量;在某些情况下,温度特别高或特别低。有时在同一应用中两者都是正确的。传感器可能需要在连续操作期间承受侵蚀性物质或恒定压力。

如果环境条件变化迅速而显著,传感器必须在广泛的条件下可靠地工作,同时仍然提供一致的高质量数据。铂电阻温度传感器通常是最好的选择,因为即使在苛刻条件下,它们也能在很宽的温度范围内提供特别精确的测量,而且它们的性能可靠且持久。

对整个测量链的影响

温度测量元件的性能和成本应始终在整个系统和测量要求的背景下综合考量。当适配于应用环境和信号处理电子器件时,温度传感器可以达到最高的性能。

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在温度范围较窄、精度要求较低的应用中,用户可以从NTC电阻的高分辨率中受益。这种益处在较低温度下的小温度范围内达到最大化,但由于NTC特性曲线的非线性平坦化,在较高温度下精度显著降低。

如果用户有额外的温度测量要求,例如扩大温度范围和精度,那么如果使用NTC热敏电阻,则会面临额外的困难。由于电阻与温度的非线性特性,可能需要更复杂的互连和信号处理电子器件。由于固有的线性化误差,特性曲线的线性化影响整个系统的精度,这在更宽的温度范围内体现更为明显。

由于缺乏定义NTCs功能特性的国际标准,更换已安装的NTCs传感器时必须非常小心,以确保兼容性。通常需要额外且耗时的重新校准。

使用铂电阻可以有效避免此类问题的发生。在整个测量范围内的高测量精度以及线性和标准化的特性曲线可良好适配于使用和设计标准化的电子器件。

对于许多应用,更换传感器后无需重新校准。从长远来看,这可能是一个相当大的成本因素考量,尤其是对于更复杂的系统和传感器网络,因为它可以有效降低维护成本并优化运行时间。

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