【導讀】電阻溫度檢測器或 RTD 可(ke)能(neng)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)類(lei)型(xing)。這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)金(jin)屬(shu)的(de)電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)。純(chun)金(jin)屬(shu)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)正(zheng)的(de)電(dian)阻(zu)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)它(ta)們(men)的(de)電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而(er)增(zeng)加(jia)。RTD 可在 -200 °C 至 +850 °C 的較大溫度範圍內工作，並提供高精度
、出色的長期穩定性和可重複性。

電阻溫度檢測器或 RTD 可(ke)能(neng)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)類(lei)型(xing)。這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)金(jin)屬(shu)的(de)電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)。純(chun)金(jin)屬(shu)通(tong)常(chang)具(ju)有(you)正(zheng)的(de)電(dian)阻(zu)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)它(ta)們(men)的(de)電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而(er)增(zeng)加(jia)。RTD 可在 -200 °C 至 +850 °C 的較大溫度範圍內工作
，並提供高精度、出色的長期穩定性和可重複性。

在本文中，我們將討論使用 RTD 的權衡
、其中使用的金屬、兩種類型的 RTD，以及 RTD 與熱電偶的比較。 

在深入探討之前，讓我們先看一個示例應用程序圖，以更好地了解 RTD 基礎知識。 

RTD 應用圖示例

RTD 是一種無源設備，不會自行產生輸出信號。圖 1 顯示了一個簡化的 RTD 應用圖。

圖 1.  RTD 應用圖示例。圖片由TI提供

激勵電流 I1 通過傳感器的溫度相關電阻。這會產生一個與激勵電流和 RTD 電阻成正比的電壓信號。RTD 兩端的電壓然後被放大並傳送到 ADC （模數轉換器）以產生可用於計算 RTD 溫度的數字輸出代碼。

使用 RTD 傳感器的權衡——RTD 傳感器的優點和缺點

在深入研究之前
，請務必注意 RTD 信號調理的詳細信息將在以後的文章中介紹。對於本文
，我想強調使用 RTD 電路時的一些基本權衡。

首先，請注意，激勵電流通常限製在 1 mA 左右，以限度地減少自熱效應。當激勵電流流過 RTD 時
，它會產生 I 2 R 或huo焦jiao耳er熱re。自zi熱re效xiao應ying可ke以yi將jiang傳chuan感gan器qi溫wen度du升sheng高gao到dao高gao於yu實shi際ji測ce量liang的de周zhou圍wei環huan境jing溫wen度du的de值zhi。減jian小xiao勵li磁ci電dian流liu可ke以yi降jiang低di自zi熱re效xiao應ying。還hai值zhi得de一yi提ti的de是shi
，自zi熱re效xiao應ying取qu決jue於yu RTD 浸入的介質。例如，放置在靜止空氣中的 RTD 的自熱效應可能比浸入流動水中的 RTD 更明顯。

對於給定的可檢測溫度變化
，RTD 電壓的變化應該足夠大以克服係統噪聲以及不同係統參數的偏移和漂移。由於自熱效應限製了激勵電流，我們需要使用電阻足夠大的RTD
，因此會為下遊信號處理塊產生較大的電壓。雖然需要較大的 RTD 電阻以減少測量誤差
，但我們不能任意增加電阻
，因為較大的 RTD 電阻會導致響應時間變慢。

RTD 金屬：鉑 RTD、金 RTD 和銅 RTD 之間的區別

理論上
，任何種類的金屬都可用於構建 RTD。1860 年CW Siemens 發明的個 RTD使用了一根銅線。然而，西門子很快發現鉑 RTD在更寬的溫度範圍內產生更準確的結果。

如今，鉑 RTD 是精密測溫中使用廣泛的溫度傳感器。鉑金具有線性電阻-溫度關係，並且在大溫度範圍內具有高可重複性。此外，鉑不會與空氣中的大多數汙染物氣體發生反應。

除了鉑之外，另外兩種常見的 RTD 材料是鎳和銅。表 1 提供了一些常見 RTD 金屬的溫度係數和相對電導率。

表 1. 常見 RTD 金屬的溫度係數和相對電導率。數據由BAPI提供

在上一節中，我們討論了較大的 RTD 電阻可以減少測量誤差。與鉑和鎳相比，銅具有更高的導電性（或等效地，具有更低的電阻）。對於給定的傳感器尺寸和激勵電流，銅質 RTD 可以產生相對較小的電壓。因此


，銅質 RTD 測量微小的溫度變化可能更具挑戰性。此外，銅在較高溫度下會氧化，因此測量範圍也僅限於 -200 至 +260 °C。盡管存在這些限製，但由於其線性度和低成本，銅仍在某些應用中使用。如下圖 2 所示，在三種常見的 RTD 金屬中，銅具有線性的電阻-溫度特性。

圖 3. 薄膜 RTD 示例，其中 (a) 顯示結構，(b) 顯示不同的總體類型。圖片（修改後）由Evosensors提供

在薄膜 RTD 中，鉑薄層沉積在陶瓷基板上。隨後是非常高溫的退火和穩定化，以及覆蓋整個元件的薄保護玻璃層。圖 3(a) 中所示的修整區域用於將製造的電阻調整到指定的目標值。

薄膜 RTD 依賴於相對較新的技術，能夠顯著減少組裝時間和生產成本。與我們將在下一節中深入探討的繞線型相比，薄膜 RTD 更能抵抗衝擊或振動造成的損壞。此外，薄膜 RTD 可以在相對較小的麵積內容納較大的電阻。例如，一個 1.6 mm ? 2.6 mm 的傳感器提供了足夠的麵積來產生 1000 Ω 的電阻。由於體積小
，薄膜 RTD 可以快速響應溫度變化。這些設備適合許多通用應用。這種類型的缺點是長期穩定性相對較差
，溫度範圍較窄。

線繞 RTD

下麵的圖 4 顯示了基本繞線 RTD 的結構。

圖 4. 基本繞線 RTD 的結構概覽。圖片由PR Electronics提供

這種類型的 RTD 是通過將一段鉑金纏繞在陶瓷或玻璃芯上而製成的。出於保護目的，整個元件通常封裝在陶瓷或玻璃管內。帶有陶瓷芯的 RTD 適用於測量非常高的溫度。繞線 RTD 通常比薄膜類型更準確。然而，它們更昂貴並且更容易被振動損壞。

為了限度地減少鉑絲上的任何應變，傳感器結構中使用的材料的熱膨脹係數應與鉑相匹配。相同的熱膨脹係數可限度地減少 RTD 元件的長期應力引起的電阻變化，從而提高傳感器的可重複性和穩定性。

RTD 與熱電偶屬性

為了結束關於 RTD 溫度傳感器的對話

，下麵是 RTD 和熱電偶傳感器之間的簡短比較。

熱電偶產生的電壓與其兩個結之間的溫差成正比。熱電偶是自供電的，不需要外部激勵，而基於 RTD 的溫度測量則需要激勵電流或電壓。熱電偶輸出指定冷端和熱端之間的溫差
，因此在熱電偶應用中需要冷端補償。另一方麵，RTD 應用不需要冷端補償，從而使測量係統更加簡單。

熱電偶通常用於 -184 °C 至 2300 °C 範圍，而 RTD 可以測量 -200 °C 至 +850 °C 範圍。盡管 RTD 通常比熱電偶更準確，但它們的價格大約是熱電偶的兩到三倍。另一個區別是 RTD 比熱電偶更線性，並且表現出出色的長期穩定性。對於熱電偶，傳感器材料中的化學變化會降低長期穩定性並導致傳感器讀數漂移。

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