電阻溫度檢測器(RTD)

作者：Dale Cigoy，Keithley Instruments 公司進階應用經理 -- Control Engineering China 2006-03-24 點選:41

　　在無論是采用2線、3線還是4線配置，RTD都證明是一種穩定而又精确的測溫器件，但也最昂貴。了解RTD 的優點與缺點，有助于您進行溫度測量決策。

　　衆多測量溫度（或測溫）方法中，電阻溫度檢測器（或電阻測溫器，通常簡稱為RTD）是最精确的一種方法。在RTD中，器件電阻與溫度成正比。盡管有些RTD使用鎳或銅，但RTD最常用的電阻材料還是鉑。RTD擁有很寬的溫度測量範圍。根據其構造，RTD可測量-270～850℃的溫度範圍。

　　RTD需要有外部激勵（通常為一個電流源）才能适當地工作。但電流也會在電阻元件中産生熱，進而引起測量誤差。溫度誤差可用下式計算：

　　△T = P x S

　　其中T為溫度，P為所産生的功率I2R，S的機關是℃/mW。

　　測量方法

　　有多種用RTD測量溫度的方法。一種是讓電流通過RTD并測量其上電壓的2線方法。其優點是僅需要使用兩根導線，因而容易連接配接與實作。缺點是引線電阻會參與溫度測量，進而引入一些誤差。

　　2線方法的一種改進是3線方法。其中雖然也采用讓電流通過電阻并測量其電壓的方法，但使用第三根線可對引線電阻進行補償。這需要有一個第三線補償測量單元，或需要測出第三根線上的溫度值，并将其從總的溫度測量值上減去。

圖1：典型2 線電阻測溫方法示意圖。

圖2：典型4 線電阻測量方案，有助于消除溫度測

量中的大部分噪聲與不确定性。

　　第三種方法是4線法。與其它兩種方法一樣，4線法中也同樣采用讓電流通過電阻并測量其電壓的方法。但是從引線的一端引入電流，而在另一端測量電壓。電壓是在電阻元件(RTD)上、而不是和源電流在同一點上測量，這意味着将引線電阻完全排除在溫度測量路徑以外。換句話說，引線電阻不是測量的一部分，是以不會産生誤差。

　　例如，如果引線電阻約為100毫歐，而RTD為100歐姆，則引線電阻大約會産生0.1%的測量誤差。在4線方法中，引線電阻不是測量的一部分，是以它是一種測量RTD電阻的更精确方法，因為它完全排除了引線電阻。

　　優點與缺點

　　RTD具有一些明顯優于其他測溫器件的優點。例如，它是所有測溫器件中最穩定及最精确的一種，且其線性也比熱電偶要好。

　　不過RTD也有一些缺點。例如，它比熱敏電阻和熱電偶都貴，且需要使用一個電流源。其DR也較小，這意味着用于測量溫度變化的電阻也較小。例如，當溫度變化1℃時，RTD可能隻變化0.1歐姆。但如果采用2線法，則較低的絕對電阻也會引起測量誤差。

　　RTD雖是所有測溫器件中最穩定及最精确的一種，但它也有一些缺點。RTD比熱敏電阻和熱電偶都貴，且需要使用一個電流源。

　　在使用RTD時，有幾種常見的現象常常未被人們考慮到，其中最嚴重的一種現象就是自熱。如果RTD由于測量電流流過而産生自熱，則可能會引起誤差。例如，在測量低溫（例如低于0℃）時，RTD的自熱會提高預期的測量溫度。此外，如果不對引線（電阻）進行補償的話，還會引起更大的誤差。采用4線方法有助于消除這種誤差。另一個現象是未選擇合适的RTD溫度範圍。試圖測量RTD溫度範圍以外的溫度，可引起更大的誤差，甚至使傳感器（RTD）損壞。是以，我們應該總是為預期的測量選擇合适的RTD。