RTD

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了解 RTD

RTD 是一种传感器,其电阻随温度的变化而变化。

了解 RTD

RTD(电阻温度探测器)是一种传感器,其电阻随温度的变化而变化。其电阻随传感器温度升高而增大。电阻与温度的关系是众所周知的,并且可随着时间的推移而重复。RTD 是一种无源设备。它不会单独产生输出。可使用外部电子设备来测量传感器电阻,方法是使小电流通过传感器,以产生电压。通常是 1 mA 或更低的测量电流,最大 5 mA,没有自热风险。

标准公差

RTD 是按照几个标准化曲线和公差而构建的。最常用的标准化曲线是“DIN”曲线。该曲线描述了在 100 欧姆传感器、标准化公差和可测量温度范围条件下时,铂的电阻与温度特性。

 

DIN 标准规定了 0°C 时基极电阻为 100 欧姆,温度系数为 0.00385 欧姆/欧姆/°c。DIN RTD 传感器的标称输出如下:

 

DIN RTD 有三个标准公差类。这些公差的定义如下:

 

DIN A 类:±(0.15 + 0.002 |T|°C)

DIN B 类:±(0.3 + 0.005 |T|°C)

DIN C 类:±(1.2 + 0.005 |T|°C)

度数 0°C
0 100.00
10 103.90
20 107.79
30 111.67
40 115.54
50 119.40
60 123.24
70 127.07
80 130.89
90 134.70
100 138.50

RTD 元件类型

在确定 RTD 元件类型时,首先要考虑用于读取传感器的仪器。选择与仪器的传感器输入兼容的元件类型。到目前为止,最常用的 RTD 是 100 欧姆铂,温度系数为 0.00385。

 

元件类型 基极电阻(欧姆) TCR(欧姆/欧姆/°C)
0°C 下 100 欧姆 .00385 
0°C 下 100 欧姆 .00392
0°C 下 100 欧姆 .00375 
0°C 下 120 欧姆 .00672
25°C 下 10 欧姆 .00427
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RTD 精确度

其次,确定所需测量精确度。精确度是基极电阻公差(校准温度下的电阻公差)和电阻公差温度系数(特征斜率公差)的组合。任何高于或低于此温度的温度都将具有更宽的公差带或更低的精确度(见下图)。最常用的校准温度为 0°C。

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platinum-rtd-standard-accuracy
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传感器连接

RTD 传感器有多种不同的引线配置可供选择。最常用的配置是单元件三引线配置。可用引线配置的原理图如下所示:

引线配置

双线传感器通常用于精确度不重要的应用。双线配置可实现最简单的测量技术,但由于传感器引线的电阻,存在固有的不准确性。在双线配置中,无法直接补偿导致电阻测量偏移量增加的引线电阻。

 

三线传感器带有补偿回路,可在测量时剔除引线电阻。使用此配置,控制器/测量设备可进行两次测量。第一次测量时,测量传感器和连接引线的总电阻。第二次测量时,测量补偿回路电阻的电阻。通过从总电阻中减去补偿回路电阻,即可确定实际净电阻。三线传感器是最常用的配置,它将精确度和便利性很好地结合在一起。

 

四线传感器配置和测量技术可在不受引线影响的情况下测量传感器电阻。虽然这种技术的精确度更高,但许多工业控制器/测量设备无法实现真正的四线测量。

 

从传感器引线到现场配线的转变通常是在连接到传感器的连接头上完成的。接线端子用于方便连接。

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引线选项的影响

用电阻温度探测器测量温度其实就是测量电阻。通常使用不平衡的惠斯通桥来测量电阻。在测量传感元件的电阻时,必须尽可能减少或补偿所有外部因素,以便获得准确的读数。

 

引起错误的一个主要原因可能是引线的电阻,尤其是在两引线配置中。

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电阻与传感元件串联在一起,因此读数是传感元件和引线电阻的总和。当传感元件的电阻较高而引线的电阻较低时,可以使用双引线 RTD。

 

但在引线的电阻相对较高时,必须对其进行补偿。可通过三引线配置实现补偿。如三引线图所示,电源的一侧通过 L3 连接到 RTD 的一侧。这使 L1 和 L2 处于电桥的对侧,因此它们相互抵消,对电桥输出电压没有影响。

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建议对 RTD 使用三引线连接,尤其是在传感元件电阻较低的情况下,在此情况下,较小的引线电阻即可对读数精确度产生很大影响。