温度测量:RTD、热电偶、热敏电阻到底差在哪
RTD vs Thermocouple vs Thermistor
同样是"测温度",铂电阻、热电偶与热敏电阻的原理、精度、量程与长期稳定性天差地别。选错不是"准一点不准一点"的问题,而是整个数据链的基础不可靠。
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三种原理,三种命运
温度是唯一被 SI 直接定义的基本量(开尔文),但现场几乎不直接测热力学温度,而是测"某种随温度单调变化的物理量"再换算。三种主流传感器的换算关系性质完全不同:
| 类型 | 原理 | 典型范围 | 精度 | 长期稳定性 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 铂电阻 RTD(PT100) | 金属电阻随温度变化 | -200~850℃ | ±0.1~0.3℃ | 极好(年漂移 <0.05℃) | 计量、气象、工业过程 |
| 热电偶 TC(K/J/T) | 两种金属接点塞贝克电势 | -200~1300℃ | ±1~2℃ | 差(老化漂移大) | 高温、点焊式、低成本 |
| 热敏电阻 NTC | 半导体电阻随温度变化 | -40~150℃ | ±0.2~0.5℃(标定时) | 差(年漂移可达 0.5℃) | 窄温区、低成本、快速响应 |
铂电阻为什么是"基准级"
PT100 在 0℃ 时电阻正好 100 Ω,温度系数 α≈0.00385 Ω/Ω/℃,线性好、可溯源到 ITS-90 温标。B 级 PT100 在 0℃ 允许偏差仅 ±0.3℃,A 级 ±0.15℃,1/3 DIN 级可达 ±0.1℃。
更关键的是长期稳定性:铂是惰性金属,年漂移通常 <0.05℃。这意味着"出厂标一次,几年内可信"——这是气象站、计量检定、工业过程敢用它的根本原因。
热电偶的"冷端补偿"陷阱
热电偶测的是"热端与冷端的温差电势",不是绝对温度。所以必须知道冷端(接线盒/采集器)温度,这叫冷端补偿(CJC)。很多人忽略:CJC 本身的误差直接叠加到测量结果。一个 ±1℃ 的 CJC 误差,会让整个 K 偶读数偏 ±1℃。
热电偶的另一坑是材质配对:补偿导线必须与热电偶分度号一致,用错补偿导线(如 K 偶用了 J 偶的线)在数百摄氏度下会系统性偏十几度。
热敏电阻的"非线性暴利"
NTC 的电阻-温度关系是指数型的,25℃ 附近灵敏度极高(每℃ 变化几个百分点),但超出标定温区后非线性急剧恶化。它的强项是"窄温区高精度、低成本、响应快",弱项是"宽温区不可信、长期漂移大"。很多廉价温度探头用 NTC,标称 ±0.1℃ 其实只在 25℃ 一点成立。
选型判断
- 要溯源、要稳定、要全量程可信 → PT100(配三线或四线制,不要用两线)
- 高温(>500℃)、点焊监测、成本敏感 → 热电偶(务必处理好 CJC 与补偿导线)
- 窄温区、快速响应、成本极低 → NTC(接受它只在标定温区可信)
一句话:温度数据的可信度,80% 取决于传感器类型与接线方式,而不是 ADC 位数。