了解RTD
RTD是一种其电阻值随温度变化而变化的传感器。
RTD(电阻温度检测器)是一种电阻值随其温度变化而变化的传感器。 传感器的电阻随其温度升高而增加。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是一种无源器件,本身不会产生输出信号。外部电子设备通过向传感器施加微小电流以产生电压,从而测量传感器的电阻值。通常测量电流为1mA或更低,在不产生自热风险的情况下最大为5mA。
标准公差
RTD按照多种标准化曲线和公差等级进行制造。 最常见的标准化曲线为DIN曲线。该曲线描述了铂100ohm传感器的电阻-温度特性、标准化公差以及可测量的温度范围。
DIN标准规定在0°C时的基准电阻为100ohm,温度系数为0.00385Ohm/Ohm/°C。DIN RTD传感器的标称输出如下所示。
| 0°C |
Ohms |
| 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 |
DIN RTD共有三种标准公差等级。其定义如下:
- DIN A级: ±(0.15 + .002 |T|°C)DIN
- B级: ±(0.3 + .005 |T|°C)DIN
- C级: ±(1.2 + .005 |T|°C)
RTD元件类型
在选择RTD元件类型时,首先应考虑用于读取传感器信号的仪表类型。应选择与仪表传感器输入兼容的元件类型。目前最常见的RTD为100Ohm铂电阻,温度系数为0.00385。
| 元件类型 | 基准电阻(Ohm) | TCR (Ohm/Ohm/°C) |
| 铂 | 0°C时为100 Ohm | .00385 |
| 铂 | 0°C时为100 Ohm | .00392 |
| 铂 | 0°C时为100 Ohm | .00375 |
| 镍 | 0°C时为120 Ohm | .00672 |
| 铜 | 25°C时为10 Ohm | .00427 |
RTD精度
精度由基准电阻公差 (校准温度下的电阻公差)和电阻温度系数公差(特性斜率公差)共同决定。在高于或低于该温度的情况下,公差带会变宽,精度降低(见下图)。最常见的校准温度为0°C。
引线
传感器连接
RTD传感器提供多种不同的引线配置。最常见的配置为单元件三线制。可用引线配置的示意图如下所示:
两线制传感器通常用于对精度要求不高的应用。两线制结构测量方式最为简单,但由于引线电阻的存在,会产生固有的测量误差。在两线制中,无法直接补偿引线电阻,从而导致电阻测量值出现偏移。
三线制传感器通过补偿回路来消除引线电阻对测量的影响。在该配置下,控制器或测量设备会进行两次测量。第一次测量得到传感器与引线的总电阻。第二次测量得到补偿回路的电阻。通过从总电阻中减去补偿回路电阻,即可确定实际净电阻。三线制传感器最为常见,在精度和使用便利性之间提供了良好平衡。
四线制传感器配置及测量方式可在不受引线电阻影响的情况下测量传感器电阻。尽管该方式精度最高,但许多工业控制器或测量设备无法实现真正的四线制测量。
传感器引线与现场布线之间的过渡通常通过安装在传感器上的接线盒完成。接线端子用于简化连接操作。
引线选项的影响
使用电阻温度检测器测量温度,本质上就是测量电阻。通常使用不平衡惠斯通电桥来测量电阻。在测量感测元件电阻时,必须尽量减少或补偿所有外部因素,以获得准确读数。
引线电阻是主要误差来源之一,尤其是在两线制配置中。
双线制引线配置
引线电阻与感测元件串联,因此读数为感测元件电阻与引线电阻之和。当感测元件电阻较高且引线电阻较低时,可使用两线制RTD。但当引线电阻相对较高时,则必须进行补偿。补偿可通过三线制配置实现。如三线制示意图所示,电源的一侧通过L3连接到RTD的一侧。这样可使L1和L2位于电桥的相对臂上,相互抵消,对电桥输出电压不产生影响。
三线制引线配置
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。