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电阻温度检测器(RTD)

作者:Dale Cigoy,Keithley Instruments 公司高级应用经理2006.03.24阅读 19591

  在无论是采用2线、3线还是4线配置www.cechina.cn,RTD都证明是一种稳定而又精确的测温器件,但也最昂贵。了解RTD 的优点与缺点,有助于您进行温度测量决策。
  众多测量温度(或测温)方法中,电阻温度检测器(或电阻测温器,通常简称为RTD)是最精确的一种方法。在RTD中,器件电阻与温度成正比。尽管有些RTD使用镍或铜,但RTD最常用的电阻材料还是铂。RTD拥有很宽的温度测量范围。根据其构造,RTD可测量-270~850℃的温度范围。
  RTD需要有外部激励(通常为一个电流源)才能适当地工作。但电流也会在电阻元件中产生热,从而引起测量误差。温度误差可用下式计算:
  △T = P x S
  其中T为温度,P为所产生的功率I2R,S的单位是℃/mW。
  测量方法
  有多种用RTD测量温度的方法。一种是让电流通过RTD并测量其上电压的2线方法。其优点是仅需要使用两根导线,因而容易连接与实现。缺点是引线电阻会参与温度测量,从而引入一些误差。
  2线方法的一种改进是3线方法。其中虽然也采用让电流通过电阻并测量其电压的方法,但使用第三根线可对引线电阻进行补偿。这需要有一个第三线补偿测量单元,或需要测出第三根

线上的温度值,并将其从总的温度测量值上减去。

典型2 线电阻测温方法示意图
图1:典型2 线电阻测温方法示意图。
典型4 线电阻测量方案
图2:典型4 线电阻测量方案,有助于消除温度测
量中的大部分噪声与不确定性。

  第三种方法是4线法。与其它两种方法一样,4线法中也同样采用让电流通过电阻并测量其电压的方法。但是从引线的一端引入电流,而在另一端测量电压。电压是在电阻元件(RTD)上、而不是和源电流在同一点上测量,这意味着将引线电阻完全排除在温度测量路径以外。换句话说,引线电阻不是测量的一部分,因此不会产生误差。
  例如,如果引线电阻约为100毫欧,而RTD为100欧姆,则引线电阻大约会产生0.1%的测量误差。在4线方法中控制工程网版权所有,引线电阻不是测量的一部分,因此它是一种测量RTD电阻的更精确方法,因为它完全排除了引线电阻。
  优点与缺点
  RTD具有一些明显优于其他测温器件的优点。例如,它是所有测温器件中最稳定及最精确的一种www.cechina.cn,且其线性也比热电偶要好。
  不过RTD也有一些缺点。例如,它比热敏电阻和热电偶都贵,且需要使用一个电流源。其DR也较小,这意味着用于测量温度变化的电阻也较小。例如,当温度变化1℃时控制工程网版权所有,RTD可能只变化0.1欧姆。但如果采用2线法,则较低的绝对电阻也会引起测量误差。

  RTD虽是所有测温器件中最稳定及最精确的一种,但它也有一些缺点。RTD比热敏电阻和热电偶都贵,且需要使用一个电流源。

  在使用RTD时控制工程网版权所有,有几种常见的现象常常未被人们考虑到CONTROL ENGINEERING China版权所有,其中最严重的一种现象就是自热。如果RTD由于测量电流流过而产生自热,则可能会引起误差。例如,在测量低温(例如低于0℃)时控制工程网版权所有,RTD的自热会提高预期的测量温度。此外,如果不对引线(电阻)进行补偿的话,还会引起更大的误差。采用4线方法有助于消除这种误差。另一个现象是未选择合适的RTD温度范围。试图测量RTD温度范围以外的温度,可引起更大的误差,甚至使传感器(RTD)损坏。因此,我们应该总是为预期的测量选择合适的RTD。

文章编号:060302
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