线性度超高RTD，实现精密温度测量

电子发烧友网报道（文/李宁远）温度在很多系统设计里都是基础且常见的测量指标，能够给我们提供很多关键信息。温度作为许多终端设备里关键的数据自然有着不少测量的办法，用于测量的元件也是多种多样，RTD、NTC、热电偶等等都是其中的代表器件。
 
适应性广的精密测温RTD
 
每一种温度测量元件都有其独特的优势，有的响应时间快，有的稳定性好，有的成本足够低。同时每一种温度测量元件也不可能面面俱到，会存在一些劣势，比如NTC线性程度稍差相对不够耐用，数字温感温度范围受限，热电偶需要冷端补偿提供误差修正等等。
 
RTD，Resistance Temperature Detector，是电阻温度检测器，它是由纯金属线制成的无源器件。当温度升高时，器件的电阻会升高，通过测量电阻进而得知温度信息。RTD和热敏电阻NTC特性正好相反，热敏电阻NTC很敏感，响应速度极快，但是线性度很差，RTD相对来说没有那么敏感但是线性度极好。
 
在整个测量温度范围里，RTD的响应几乎可以说是呈现出了完全线性的特征，灵敏度相对低了一些但是也能达到几百µV/℃。良好的线性度是提供准确可靠的温度测量结果的基础，RTD的输出与输入温度之间受线性度造成的误差影响很小，还能进一步通过电阻桥网络来校正非线性。高线性度的温度传感器对于需要高精度温度测量的应用是至关重要的。
 
除了线性度极好，在温度测量范围很宽的应用里（－200℃到850℃），RTD都能提供足够稳定的测量，是相当耐用且足够精准的一种选择。如果一个场景对温度测量有着稳定可靠的要求，那RTD无疑是很好的选择，比如现在的工业传感上，普通的工业RTD漂移也不会超过0.1℃/年，RTD的宽温度范围和稳定性优势使其在工业领域增速很快。
 
目前，RTD的选材主流的有铂、镍、铜这几种，在确定RTD材料类型时，要选择与仪器传感器输入兼容的元件类型。0℃时基极电阻为100欧姆，温度系数为0.00385的铂还是最常见的。
 
基于RTD的测温系统
 
在RTD的使用中，首先需要注意电流过大会引起电阻自热，影响系统实际温度，需要用较小的直流元件。对于小型薄膜RTD元件，自发热系数的典型范围为2.5mW/℃，对于较大的线绕RTD元件，该范围为65mW/℃。但是，电流值的减小也会影响传感器一定的性能，需要取舍一番。
 
目前市面上基于RTD的测温系统，按照引线根数不同，常见的有两线、三线和四线配置。两线是最简单的，两根导线直接连接RTD的两个端子就行。在一些简单的对准确度要求不高的系统里，这是最具性价比的配置。传感器引线电阻存在固有的不准确性也无法直接补偿，两线配置的引线电阻无法与RTD电阻隔离，这样就增加了一个无法与RTD测量隔离的误差。所以两线的配置虽然存在误差，但是简单易用成本低。
 
实现足够精密的温度测量，还是需要三线或四线配置。三线配置是最常见的配置，也保证了较高的测量精度。三线配置在两线的基础上，增加了一条导线作为电压补偿线。带补偿的回路用于在测量时消除引线电阻的影响，获得准确的温度结果。目前绝大多数RTD应用里采用的都是这种配置。既不复杂，又保证了足够的精度。
 
而在四线配置中，RTD的两端均连接了两根引线。在此配置中，可以用四线电阻测量法测量RTD电阻，完全消除引线电阻的影响，这种配置的温度测量精确度是最高的。当然也是成本最高的RTD配置。这种配置采用率还较低的原因在于一方面成本和系统设计复杂大大提高，获得RTD最高精度需要花费大量时间来选择和模拟RTD周围昂贵的精密元件；另一方面实际场景中许多工业设备无法实现真正的四线测量。
 
小结
 
总的来说，RTD是一种能够在较大温度范围内进行精确测量的温度传感器，既有着较好的普适性又兼顾了精密传感。虽然RTD的常用配置并不复杂，但是为了实现高精度与高稳定性的温度传感，RTD及其周边器件的选择和配置还是需要配置平衡好的。