TPS02RBH—如何用RTD實現高精度的溫度補償

在實際應用中，儀器的測量結果經常會受到溫度的影響。例如溫度變化影響電阻、電容等器件的值，也會影響酸堿度、聲速、密度等，導致測量有偏差。本文將介紹如何使用RTD實現高精度的溫度補償，提高儀器測量精度。

?什么是溫度補償

大多數測量儀器是通過傳感器實現對被測物質的測量的。在傳感器應用中，傳感器本身和被測物質通常都有一定的溫度系數，會隨環境溫度的變化而改變自身的參數，為了使傳感器的指標及性能不受溫度變化影響而采取的一系列技術措施，稱為溫度補償技術。例如超聲波在1個標準大氣壓和15℃下的空氣中傳播速度約為340m/s，溫度每升高1℃，傳播速度約增加0.6m/s。如果要在不同環境溫度中使用超聲波實現精準測距，首先需測出當前環境中的溫度，對超聲波傳播速度進行補償得出實際速度，從而減小測量誤差。

常見的帶有溫度補償的測量儀器有：PH檢測儀、水質分析儀、流量計、頻率計、超聲波液位計、溫度傳感器、壓力變送器等。

圖1帶溫度補償的測量儀器
?RTD作為溫度補償傳感器的優勢

溫度補償主要是通過溫度傳感器來實現，常見的溫度補償傳感器根據其工作原理不同，有熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、半導體、紅外線等幾種類型。熱電偶有較大的測溫范圍，但溫度曲線呈非線性，精度低；基于半導體的傳感器，一般集成到IC中，體積小，但精度很低，測溫范圍也較窄；紅外測溫傳感器可以實現遠距離測溫，但是精度較低，容易受外界環境影響。熱敏電阻由于溫度系數不同可分為PTC（正溫度系數）、NTC（負溫度系數）兩種，又由于材料不同可分為多種類型的熱敏電阻，性能也參差不齊。其中熱電阻（RTD）相對于其他幾種溫度傳感器精度更高、線性度好、抗干擾能力強。鉑熱電阻較高可達到0.1℃精度，適合作為溫度補償傳感器等對精度和穩定性要求較高的應用。

RTD的阻值會隨溫度的變化而線性變化，常見的RTD有鉑、鎳、銅等幾種材質，其中鉑熱電阻的線性度最好。一般使用較多的鉑電阻有PT100、PT1000。0℃下，PT100的阻值為100Ω，PT1000的阻值為1kΩ；溫度每變化1℃，PT100的阻值增大或減小約0.385Ω，PT1000的阻值增大或減小約3.85Ω，所以我們可以通過采集RTD的阻值來換算出被測溫度數值。PT1000的測溫范圍相對比PT100小，但精度更高。如果測溫范圍較?。?50℃～+300℃，對測溫精度要求較高的應用，推薦選用PT1000。

圖2三種RTD溫度特性曲線對比
?PH檢測儀中的溫度補償應用

PH檢測儀是用來檢測液體酸堿度的儀器，利用溶液的電化學性質測量氫離子濃度，推算出溶液的酸堿度。計算方法是依據能斯特方程原理來實現的，方程式中PH電極的電動勢和PH值呈線性關系。通常PH檢測儀中會先用兩種不同PH值的標準緩沖液進行標定，確定能斯特方程中曲線的斜率，之后通過采集PH電極電動勢來確定PH值。從方程中可以看出，溶液的電動勢ΔE與溫度T也呈線性關系，所以當樣片溶液測量時的溫度與標準緩沖液標定時的溫度（一般為25℃）不同時，會影響電動勢的測量結果，從而影響到實際溫度下測量的PH值。

E：電動勢

E0：標準電動勢，常數

R：氣體常數（8.314J/mol*K）

T：開氏絕對溫度（K）

n：被測離子的化合價（銀=1，氫=1）

F：法拉第常數（96485C/mol）

αH+：被測溶液的H+活度

圖3PH測量圖示那要如何才能避免溫度帶來的影響呢？首先我們知道溫度是影響能斯特方程中的斜率來影響PH值的，通過計算大約會帶來0.003PH/℃的誤差，影響還是比較明顯的，所以對于精度要求高于0.1PH精度的PH檢測儀都需要有溫度補償，來修正實際測量時的斜率。同時，因為溶液本身的PH值也受溫度的影響，所以僅對電極斜率的補償稱為半補償，如果需要得到更精確的PH值，還需對被測溶液進行溫度補償，即全補償。

PH檢測儀通常使用PT1000作為溫度補償傳感器，先用PT1000傳感器測量標準緩沖液中的溫度值，標定該溫度下的PH值；再測量被測溶液的溫度值、PH電極的電壓值，通過能斯特方程計算出被測溶液的PH值。測量過程中，應保持標準緩沖液與被測溶液處于同一溫度下。

?TPS02RBH實現穩定高精度的溫度測量

從上面的例子可以看出，溫度補償對于精度較高的測量儀器是必不可少的。我司最新推出的TPS02RBH雙通道PT1000隔離測溫模塊，具備寬測溫范圍，低溫漂系數，可實現0.02%±0.1℃的高精度測溫。模塊出廠自帶校準，只需接入PT1000即可通過I2C直接輸出以℃為單位的溫度數據，簡單易用，穩定可靠，可廣泛應用于各類測量儀器的溫度補償。

圖4TPS02RBH直接輸出℃溫度數據

產品特點：

• 雙通道PT1000測量；
• -100~+300℃測溫范圍；
• 0.01℃測溫分辨率；
• 0.02%±0.1℃測溫精度；
• 10ppm/℃溫漂；
• I2C通信接口；
• 隔離耐壓4000Vrms；
• 工作環境：-40℃~+85℃。