精密温度丈量中的RTD
热敏电阻是我们此前常关注的一类温度传感,作为一种大略的小尺寸方案,它相应韶光极快,NTC芯片层面的相应韶光在1秒旁边,传感器层面的相应韶光也可以达到15秒以下乃至10秒以下。不过其非线性程度差,和其他温度丈量比较也不足耐用,而且热敏电阻的自发热肯定会对精度造成影响。这里没有算上线性PTC这类热敏电阻,虽然线性PTC办理了NTC在温度丈量上的各种缺陷,是精密温度丈量里的一种很好的选择,但是其运用还不足广泛而且本钱高。
数字温感在新型运用处景里很盛行,各方面性能也很突出,不过温度范围受限的天生劣势也是无法避免的。热电偶同样如此,作为能达到很高精度的丈量方案,劣势在于须要冷端补偿为其供应偏差改动。

RTD传感元件,TE
在温度丈量范围很宽的运用里(-200℃到850℃),这次我们关注的RTD是相称耐用且足够精准的一种选择。在全体温度范围里,RTD的相应可以呈现出险些线性的特色,灵敏度也能高达几百µV/℃。不论是选择3线还是4线方案,都是精密温度丈量里很可靠的选择。
2线的配置最大略,但由于传感器引线电阻,存在固有的不准确性也无法直接补偿,精密温度丈量里不会采取2线的方案。精密温度丈量里RTD最常见的配置是3线,带补偿回路在丈量时肃清引线电阻的影响。丈量设备先丈量传感器和连接引线的总电阻,再丈量补偿回路电阻,进而确定实际净电阻。4线RTD精度更高,完备肃清了引线电阻的影响,这种配置的温度丈量精确度更高,但许多工业掌握器/丈量设备无法实现真正的四线丈量,而且本钱不低。
RTD精密测温寻衅
在宽温度范围内选用RTD方案进行高精度与高稳定性的温度丈量实现起来还是有着不少寻衅的,首先便是电流和电压的选择。RTD是无源器件,为了产生丈量电压,须要勉励电流。一样平常来说采取比率式配置,基准电压和传感器电压都是从同一个勉励源处得到,对勉励源的哀求可以不用那么精确。勉励电流任何的变革都不会对丈量精度产生影响,即便勉励电流噪声比较大或者不太稳定。一样平常来说更高的勉励电流更好,但是必须确保大电流下电阻功耗过大或者自发热影响丈量结果,这须要在电流值和性能之间做出取舍。
范例RTD旗子暗记链,ADI
稳定性上同样具有不少寻衅,虽然RTD温度丈量前端可以承受一定的ESD电平,但精密温度丈量场景里每每电磁环境也比较繁芜。比如RTD传感器电缆上的耦合就有可能让全体丈量系统的稳定性面临EMI寻衅。尤其在工业场景中,传感器电缆越长,这种风险越大。
一些常见的保护器件会被配置到丈量系统中以增加测温系统的可靠性。以大家熟知的TVS为例,在RTD测温系统里,具有更高击穿电压的TVS给系统带来的偏差会越小。虽然保护器件的加入会轻微增加测温系统的总偏差,但是稳定性也更高,而且RTD可以通过配置勉励电流减少保护器件加入后的偏差。
测温系统中的ADC
温度丈量里对采样速率的哀求并不是很高,常日都因此低速丈量为主,但是对分辨率的哀求很高。很多厂商供应的测温前端里都采取Σ-Δ架构来实现这种高分辨率低带宽哀求的ADC。Σ-ΔADC能够对仿照输入过采样,进一步减少外部滤波。良好信噪比SNR也是必不可少的,方便数据进行下一步处理。
一些ADC会直接集成PGA、勉励电流、基准电压源,还能实现比率式配置,大大简化RTD测温系统的设计。
小结
RTD在精密测温上想要兼顾高精度与高稳定性既要考虑噪声非常低的PGA、分辨率足够高的ADC还须要综合考虑勉励电流配置以及其他保护元器件。如何做好这些配置间的平衡是精密测温RTD传感系统的关键。