線性度超高RTD，實現精密溫度測量

電子發燒友網報道（文/李寧遠）溫度在很多系統設計里都是基礎且常見的測量指標，能夠給我們提供很多關鍵信息。溫度作為許多終端設備里關鍵的數據自然有著不少測量的辦法，用于測量的元件也是多種多樣，RTD、NTC、熱電偶等等都是其中的代表器件。

適應性廣的精密測溫RTD

每一種溫度測量元件都有其獨特的優勢，有的響應時間快，有的穩定性好，有的成本足夠低。同時每一種溫度測量元件也不可能面面俱到，會存在一些劣勢，比如NTC線性程度稍差相對不夠耐用，數字溫感溫度范圍受限，熱電偶需要冷端補償提供誤差修正等等。

RTD，Resistance Temperature Detector，是電阻溫度檢測器，它是由純金屬線制成的無源器件。當溫度升高時，器件的電阻會升高，通過測量電阻進而得知溫度信息。RTD和熱敏電阻NTC特性正好相反，熱敏電阻NTC很敏感，響應速度極快，但是線性度很差，RTD相對來說沒有那么敏感但是線性度極好。

在整個測量溫度范圍里，RTD的響應幾乎可以說是呈現出了完全線性的特征，靈敏度相對低了一些但是也能達到幾百μV/℃。良好的線性度是提供準確可靠的溫度測量結果的基礎，RTD的輸出與輸入溫度之間受線性度造成的誤差影響很小，還能進一步通過電阻橋網絡來校正非線性。高線性度的溫度傳感器對于需要高精度溫度測量的應用是至關重要的。

除了線性度極好，在溫度測量范圍很寬的應用里（－200℃到850℃），RTD都能提供足夠穩定的測量，是相當耐用且足夠精準的一種選擇。如果一個場景對溫度測量有著穩定可靠的要求，那RTD無疑是很好的選擇，比如現在的工業傳感上，普通的工業RTD漂移也不會超過0.1℃/年，RTD的寬溫度范圍和穩定性優勢使其在工業領域增速很快。

目前，RTD的選材主流的有鉑、鎳、銅這幾種，在確定RTD材料類型時，要選擇與儀器傳感器輸入兼容的元件類型。0℃時基極電阻為100歐姆，溫度系數為0.00385的鉑還是最常見的。

基于RTD的測溫系統

在RTD的使用中，首先需要注意電流過大會引起電阻自熱，影響系統實際溫度，需要用較小的直流元件。對于小型薄膜RTD元件，自發熱系數的典型范圍為2.5mW/℃，對于較大的線繞RTD元件，該范圍為65mW/℃。但是，電流值的減小也會影響傳感器一定的性能，需要取舍一番。

目前市面上基于RTD的測溫系統，按照引線根數不同，常見的有兩線、三線和四線配置。兩線是最簡單的，兩根導線直接連接RTD的兩個端子就行。在一些簡單的對準確度要求不高的系統里，這是最具性價比的配置。傳感器引線電阻存在固有的不準確性也無法直接補償，兩線配置的引線電阻無法與RTD電阻隔離，這樣就增加了一個無法與RTD測量隔離的誤差。所以兩線的配置雖然存在誤差，但是簡單易用成本低。

實現足夠精密的溫度測量，還是需要三線或四線配置。三線配置是最常見的配置，也保證了較高的測量精度。三線配置在兩線的基礎上，增加了一條導線作為電壓補償線。帶補償的回路用于在測量時消除引線電阻的影響，獲得準確的溫度結果。目前絕大多數RTD應用里采用的都是這種配置。既不復雜，又保證了足夠的精度。

而在四線配置中，RTD的兩端均連接了兩根引線。在此配置中，可以用四線電阻測量法測量RTD電阻，完全消除引線電阻的影響，這種配置的溫度測量精確度是最高的。當然也是成本最高的RTD配置。這種配置采用率還較低的原因在于一方面成本和系統設計復雜大大提高，獲得RTD最高精度需要花費大量時間來選擇和模擬RTD周圍昂貴的精密元件；另一方面實際場景中許多工業設備無法實現真正的四線測量。

小結

總的來說，RTD是一種能夠在較大溫度范圍內進行精確測量的溫度傳感器，既有著較好的普適性又兼顧了精密傳感。雖然RTD的常用配置并不復雜，但是為了實現高精度與高穩定性的溫度傳感，RTD及其周邊器件的選擇和配置還是需要配置平衡好的。