数据采集卡和RTD（热电阻）

RTD是Resistance Temperature Detector的缩写，意思是电阻温度检测器。接下来我们将从五个方面介绍RTD的内容。

 
RTD

一、测量原理

RTD能够测量温度是利用了金属电阻随温度的升高而升高这一性质。为什么金属会具有这样的特性呢？是因为金属原子的最外层电子数少，容易失去电子。

金属原子

当大量的金属原子聚集时，绝大部分的金属原子就会失去其价电子（最外层电子）。

失去最外层电子

这时正离子又会以一定的几何形式排列起来，在固定的位置上做高频的热振动，而失去的电子则成为自由电子，在正离子间运动，大量自由电子的移动，就造成了金属的导电性较好。

高频热振动

但是，当金属的温度升高时，正离子间的热振动幅度变大，这就会阻碍自由电子的移动，表现为金属的阻值增大。

热振动的振幅提高

二、常见类型

不是所有的金属都适合做测量电阻。经过筛选人们将铂、铜、镍作为RTD的使用材料。

铂的特性稳定、耐腐蚀，不会因高低温引起物理或化学的变化，所以铂RTD是测量温度最准确最稳定的一种，在工业生产中使用最广泛。常见的型号有PT100、PT500、PT1000等。

铂

镍是一种硬且有延展性的金属，比较耐腐蚀，但长时间的使用会使镍金属加速老化，影响测量精度，所以镍RTD的使用范围很小。

 
镍

铜是比较柔软且有良好延展性和导电性的金属，在一定温度下铜的电阻-温度线性度很好，但铜在高温下会发生氧化反应,影响精度，所以铜RTD在低温场景下的使用比较多，常见的型号有Cu50、Cu100。

铜

这些RTD的型号是什么意思呢？以PT100为例，PT表示它是铂电阻，100表示它在0℃时，电阻的阻值是100Ω。其他型号的表示方法也是这样。

三、RTD的优势

从上图可以看出RTD的电阻－温度线性度是最好的。

表格比较了热电阻、热敏电阻、热电偶这三种传感器。可以发现，在中低温的温度测量中，RTD具有明显的优势。高温测量时,使用热电偶的效果更好。在一定温度下,使用精度很高的热敏电阻更合适。虽然热电阻的线性度比较好，但是如果想获得相对准确的温度值，我们通常还是以查表的方式来实现。下图是PT100的热电阻分度表。

四、测量方法

我们知道了RTD的测量原理，那么就要说一说RTD是如何测量的了。

测量电阻我们首先想到的就是利用欧姆定律：R=U/I。

在测量阻值较小的电阻时，通常使用恒流源作为激励，然后测量电阻两端的电压，通过计算得到其电阻值。而且RTD所用的激励电流最大为5mA，所以一般使用1mA甚至更小的电流作为激励。具体的测量方法分为二线制、三线制和四线制这三种形式。

二线制测量的电路图与上图基本一致，不过在实际测量中会有线电阻的影响。如下图所示：

二线制

线电阻的计算公式是：

审核编辑 黄宇