RTD温度传感器在选型和应用时的注意事项

RTD（电阻温度探测器）是一种传感器，其阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。RTD器件以其精确性和可重复性而著称，且拥有-200°C至850°C非常宽的工作温度范围，因此在工业自动化、仪器仪表、煤层气和医疗设备等多种不同的终端应用中起着重要作用。

热敏电阻（NTC/PTC）与RTD相似，阻值随着温度变化而变化。热敏电阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。而RTD往往用纯金属制成。大多数情况下，热敏电阻比RTD便宜，但精度也较差。有关两者的更多技术信息，可以参看：四类常见温度传感器的选型。

那么，RTD温度传感器在选型和应用时，有哪些注意事项呢？本文将做一个归纳。

材料

不是所有的金属都适合做成RTD，符合这一特性的材料需要满足如下几个要求：

1. 该金属的阻值与温度呈线性关系；

2. 该金属对温度的变化比较敏感，即单位温度变化引起的阻值变化（温度系数）比较大；

3. 该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳，具有好的耐久性；

满足这些要求的金属材料不多，常见的RTD材料有：铂（Pt）、镍（Ni）和铜（Cu）等。

阻值与温度的关系

一般来说，RTD阻值与温度成线性关系。这里需要关注两个参数：0℃时电阻以及温度系数α。

0℃时电阻

0℃时电阻，即0℃时RTD对应的阻值。结合材料与0℃时电阻，可分为Pt100、Pt200、Pt500和Pt1000等。比如：Pt100，表示该传感器在0℃下的电阻值为100Ω；而Pt1000，则表示该传感器在0℃下的电阻值为1000Ω。

不同类型RTD对应温度范围，如下表所示：

（数据来源：ADI）

对于RTD阻值的测量，通常的做法是，给于RTD一个恒定的电流源，然后使用ADC来检测两端电压，从而得出该RTD阻值。也就是说，相同电流作用下，比起使用Pt100，使用Pt1000灵敏度将可以提高十倍，但同时ADC检测到的电压也会提高10倍。具体怎么选，我们还需要结合ADC等其他器件综合考量。

温度系数α

RTD热电阻在不同温度下的阻值可以用公式：R= R0 （1+At）来近似计算。其中：

1）R0表示RTD在0℃下的电阻值；

2）A称为温度系数，表示单位温度下电阻的变化值；

3）t表示测量温度，单位为℃；

温度系数越大，代表传感器对温度越敏感。

对于Pt材料的RTD， 要达到更精确的电阻温度拟合，可以参考DINEN 60751公式：

工作温度范围与精度

一般原厂产品出厂，都会有校准温度（通常是0℃），随着温度的变化，离校准温度越远，公差变化越大。而精度是在某一温度范围内可以达到。我们在设计时，需要把这点考虑进去。 我们以TE NB-PTCO-011为例来说明：数据手册中给出，0.15%是在温度范围-30℃到300℃内实现的。

RTD接线配置

市场上有三种不同的RTD布线配置（二线制，三线制，四线制）。

对于三线制和四线制，可以有效消除引线上电阻对于测量的影响。其原理是把测量回路和供电回路分开，测量回路中引线电流的小到忽略不计，从而有效消除引线上电阻对于测量的影响。

更多内容，请看下面帖子：阻值太低，无法测量？来试试开尔文测试吧。

RTD应用实例：比率测量

对于RTD， 比率配置是一种合适且经济高效的解决方案。我们使用四线制RTD作为一个例子进行说明。

下图红色箭头方向是激励源的电流路径，分别流经传感器电阻和一个精密的参考电阻。然后分别测量传感器电阻和参考电阻两端的电压。这么做的好处是，激励源不需要很精确，给予传感器电阻和参考电阻一个相同的电流，然后比较这两电阻的电压值。

直接选用支持比率测量的ADC，比如ADI AD7124，是一个Σ-Δ ADC （Sigma-Delta），带有可编程增益放大器、激励源，可以大大简化RTD设计。

使用Σ-Δ ADC的另一个好处是，由于Σ-Δ ADC对模拟输入进行过采样，使得滤波器的设计大大简化，只需简单的单极RC滤波器即可。

国家电网也可能产生50Hz/60Hz及其倍数频率的噪声干扰。一些ADC会自带滤波器，比如ADI AD7124自带滤波器选项，可以针对50 Hz/60 Hz频率滤波，但该滤波会对ADC输出数据速度产生影响。

RTD的快速选型

通过Digi-Key网站中的产品参数筛选功能，可以快速搜索到我们设计所需的RTD及其相关产品。

Digi-Key电阻温度检测器RTD

Digi-Key提供了丰富的产品参数选项， 包括RTD的0℃时电阻、材料、温度系数、工作温度、精度等。

Digi-Key温度传感器专用ADC

更多温度传感器相关的ADC的选择，可以在Digi-Key网站中【数据采集- 模数转换器（ADC）】页面下的特性栏中选择“温度传感器特性”。

ADI RTD开发板

EVAL-AD7124-4SDZEVAL-AD7124-8SDZ

使用IC： AD7124-4

24 位

采样率19.2k

使用IC： AD7124-8

24 位

采样率19.2k

这两块开发板支持连接母板EVAL-SDP-CB1Z，再通过USB连接到PC电脑，然后就可在PC电脑上进行控制以及数据分析。使用开发板可以让开发者更快上手，从而缩短研发时间。

本文小结

一个好的RTD温度传感器应用设计，往往需要整体考虑。不仅要留意RTD本身的材料、温度范围、精度等参数，还要根据测量方法，将周边器件（比如ADC）、接线配置等要素放在一起考虑。Digi-Key网站的参数筛选功能，可以帮助大家节省选型时间，事半功倍。

责任编辑：haq