电阻温度检测器

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低电阻

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误差消除

在许多测量温度的方法中，最精确的方法之一是电阻温度检测器，通常称为RTD。在RTD中，器件的电阻与温度成正比。最常见的电阻材料是铂，尽管有些电阻材料是由镍或铜制成的。rtd的温度范围很广。根据它们的结构，它们可以测量-270到850°C的温度。

rtd需要外部刺激(通常是电流源)才能正常工作。然而，电流在电阻元件中产生热量，从而导致温度测量误差。测量误差由公式计算:

ÄT = P x S

式中T为温度，P为产生的I2R功率，S为℃/毫瓦。

测量方法

用RTD测量温度有几种技术。第一种是双线法，通过强制电流通过RTD并测量产生的电压来工作。这样做的好处是，它是一个简单的方法，只使用两条线，使其易于连接和实现。主要的缺点是引线电阻是测量的一部分，这可能会导致一些误差。

原理图显示了典型的双线电阻测量的设置。

两线法的改进是三线法。在这里，电流被强制通过器件并测量产生的电压。但是，使用第三根导线可以补偿引线电阻。这需要一个三线补偿测量单元，或者实际测量来自第三线的贡献，并从总体测量中减去它。

第三种技术是四线法。像其他两种方法一样，电流被强制通过，电压被测量。然而，电流来源于一组引线，而电压在另一组引线上被检测。电压在电阻元件(RTD)处被检测，而不是在源电流的同一点。这意味着测试引线电阻完全脱离了测量路径。换句话说，测试引线电阻不是测量的一部分。

例如，如果测试引线电阻约为100毫欧姆，RTD为100欧姆RTD，则测试引线电阻约为误差的0.1%。在四线制方法中，测试引线电阻不是测量的一部分。因此，它是测量RTD电阻的一种更精确的技术，因为它完全消除了引线电阻。

利与弊

相对于其他温度测量设备，rtd有一些明显的优势。首先，它们是所有不同温度测量设备中最稳定、最准确的。它们也比热电偶更线性。

典型的四线电阻测量设置有助于消除温度测量中的大部分噪声和不确定性。

然而，也有一些缺点。rtd比热敏电阻和热电偶更昂贵。此外，它们需要电流源。它们的R很小，这意味着它们对温度变化的抵抗力很低。例如，要改变1摄氏度，RTD可能会改变0.1欧姆。然而，如果使用双线法，低绝对电阻可能导致测量误差。

在使用rtd时，通常没有考虑到一些常见的情况，其中最大的是自热。如果RTD随测试电流自身发热，则可能导致测量不准确。如果测量低温(例如，低于0°C)， RTD的热量可能会提高预期温度。此外，如果没有对测试引线进行补偿，甚至会在测量中引入更多的误差。使用四线法有助于消除这种类型的错误。另一个错误是没有选择合适的RTD温度范围。尝试测量RTD温度范围之外可能导致更多的误差甚至传感器损坏。始终为预期的度量选择适当的RTD。

作者信息

Dale Cigoy是Keithley Instruments Inc.的高级应用工程师;

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