什么是 RTD 热敏电阻温度检测传感器?

电阻温度探测器或RTD可能是温度传感器的简单类型. 这些设备的作用是基于金属的电阻随温度变化的原理. 纯属金属通常具有抗性的正温系数, 意味着它们的阻力随温度升高而增加. RTD在广泛的温度范围内运行 -200 °C至 +850 °C并提供高精度, 优异的长期稳定性, 和可重复性.

Max31865 RTD铂抗性检测器PT100 & PT1000

RTD PT100 温度变送器 DC24V 负 50 ～ 100 年级

RTD PT100烤箱温度传感器探针

在本文中, 我们将讨论使用RTD的权衡, 其中使用的金属, 两种类型的RTD, RTD与热电偶的比较.

在我们潜水之前, 让我们看一个示例申请图，以更好地理解RTD基础知识.

RTD申请图示例

RTD是被动设备，不会自行生成输出信号. 数字 1 显示简化的RTD应用程序图.

RTD应用程序示例的电路图。

数字 1. RTD申请图示例.

激发电流I1通过传感器的温度依赖性电阻. 这会产生与激发电流成正比的电压信号和RTD的电阻. 然后将RTD的电压放大并发送到ADC (模数转换器) 生成可用于计算RTD温度的数字输出代码.

使用RTD传感器的权衡 - RTD传感器的优势和缺点

在我们潜水之前, 重要的是要注意，将来的文章将介绍RTD信号条件的细节. 对于本文, 我想在使用RTD电路时突出一些基本的权衡.

第一的, 请注意，激发电流通常仅限于周围 1 MA最大程度地减少自加热效果. 当激发电流流过RTD时, 它产生I2R或焦耳加热. 自加热效果可以将传感器温度提高到实际测量的环境温度以上的值. 减少激发电流可以减少自加热效果. 还值得一提的是，自加热效果取决于浸入RTD的媒介. 例如, 与浸入流水的RTD相比.

对于给定的可检测温度变化, RTD电压的变化应足够大，以克服系统噪声以及不同系统参数的偏移和漂移. 由于自热限制了激发电流, 我们需要使用具有足够大电阻的RTD, 因此为下游信号处理块生成了大电压. 虽然需要大的RTD阻力来减少测量误差, 我们不能任意增加电阻，因为较大的RTD电阻会导致响应时间较慢.

RTD金属: 铂之间的差异, 金子, 和铜RTD

从理论上讲, 任何类型的金属都可以用于构建RTD. CW Siemens发明的第一个RTD 1860 使用铜线. 然而, 西门子很快发现，铂RTD在更广泛的温度范围内产生了更准确的结果.

今天, 白金RTD是用于精确温度测量的最广泛使用的温度传感器. 铂具有线性电阻 - 温度关系，并且在较大温度范围内高度可重复. 此外, 铂不与空气中的大多数污染物反应.

除白金, 另外两种常见的RTD材料是镍和铜. 桌子 1 提供一些常见RTD金属的温度系数和相对电导率.

高温PT100白金热阻力传感器防爆炸防爆炸

WZP-130 231 不锈钢铂阻力PT100温度传感器

轴承的热电阻PT100温度传感器

桌子 1. 常见RTD金属的温度系数和相对电导率. BAPI提供的数据

在上一节中, 我们讨论了较大的RTD阻力如何减少测量错误. 铜的电导率更高 (或等效, 降低电阻) 比白金和镍. 对于给定的传感器尺寸和激发电流, 铜RTD可以产生相对较小的电压. 所以, 铜RTD可以更具挑战性的测量温度变化. 此外, 铜在较高温度下氧化, 因此测量范围也限于 -200 到 +260 ℃. 尽管有这些限制, 由于其线性和低成本，铜仍在某些应用中使用. 如图 2 以下, 在三种常见的RTD金属中, 铜具有最线性的电阻 - 温度特征.

电阻与. 镍的温度特征, 铜, 和铂rtds.jpeg

数字 2. 电阻与. 镍的温度特征, 铜, 和白金RTD. 图像由TE连通性提供

黄金和银的电阻也相对较低，很少用作RTD元素. 镍的电导率接近铂. 如图所示 2, 镍可以改变给定温度变化的电阻.

然而, 镍提供较低的温度范围, 更大的非线性, 比白金更大的长期漂移. 此外, 镍的阻力因批量而异. 由于这些限制, 镍主要用于诸如消费产品之类的低成本应用.

常见的白金RTD为PT100和PT1000. 这些名称描述了传感器结构中使用的金属类型 (铂或pt) 和名义阻力 0 ℃, 就是 100 PT100和 1000 PT100和PT1000类型的ω, 分别. PT100类型在过去更受欢迎; 然而, 如今，趋势是朝着更高的阻力RTD, 由于较高的阻力可提供更大的灵敏度和分辨率，因此几乎没有或没有额外的成本. 用铜和镍制成的RTD使用类似的命名惯例. 桌子 2 列出一些常见类型.

桌子 2. RTD类型, 材料, 温度范围. 模拟设备提供的数据

除了使用的金属类型, RTD的机械结构还会影响传感器性能. RTD可以分为两种基本类型: 薄膜和绳子围绕. 这两种类型将在以下各节中讨论.

薄膜与. Wire -wound RTD

进一步讨论RTD, 让我们探索两种类型: 薄膜和绳子围绕.

薄膜RTD基础知识

薄膜RTD显示结构。

薄膜类型的结构如图所示 3(一个).

数字 3. 薄膜RTD的示例, 在哪里 (一个) 显示结构和 (乙) 显示不同的总体类型. 图像 (修改的) 由evosensor提供

在薄膜RTD中, 铂金薄层沉积在陶瓷基板上. 其次是非常高的温度退火和稳定, 以及覆盖整个元素的薄保护玻璃层. 图中显示的修剪区域 3(一个) 用于将制造的电阻调整为指定目标值.

薄膜RTD依赖相对较新的技术，这些技术大大降低了组装时间和生产成本. 与绕线链类型相比, 我们将在下一部分中深入探讨, 薄膜RTD对冲击或振动的伤害更具抵抗力. 此外, 薄膜RTD可以在相对较小的区域容纳大电阻. 例如, 一个 1.6 MM by 2.6 MM传感器提供足够的区域，以产生 1000 哦. 由于它们的尺寸很小, 薄膜RTD可以快速响应温度变化. 这些设备适用于许多通用应用. 这种类型的缺点是相对较差的长期稳定性和狭窄的温度范围.

Wire -wound RTD

构造线链RTD

数字 4. 构建基本的Wirewound RTD的概述. 图片由公关电子产品提供

这种类型的RTD是通过在陶瓷或玻璃芯周围缠绕一定长度的铂. 整个元素通常封装在陶瓷或玻璃管中以进行保护. 带有陶瓷芯的RTD适用于测量非常高的温度. 线条围RTD通常比薄膜类型更准确. 然而, 它们更昂贵，更容易被振动损坏.

为了最大程度地减少铂金属丝上的任何应变, 传感器结构中使用的材料的热膨胀系数应与铂. 相同的热膨胀系数最大程度地减少了由RTD元素长期应力引起的电阻变化, 从而提高传感器的可重复性和稳定性.

RTD vs. 热电偶特性

结束有关RTD温度传感器的对话, 这是RTD和热电偶传感器之间的简短比较.

热电偶产生的电压与其两个连接之间的温度差成正比. 热电偶是自动动力的，不需要外部激发, 而基于RTD的温度测量需要激发电流或电压. 热电偶输出指定冷和热连接之间的温度差, 因此，在热电偶应用中需要冷连接补偿. 另一方面, RTD申请不需要冷连接补偿, 导致更简单的测量系统.

热电偶通常在 -184 °C至 2300 °C范围, 虽然RTD可以从中测量 -200 °C至 +850 ℃. 尽管RTD通常比热电偶更准确, 它们比热电偶贵大约两到三倍. 另一个区别是，RTD比热电偶更线性，并且具有出色的长期稳定性. 与热电偶, 传感器材料的化学变化可以降低长期稳定性，并导致传感器读数漂移.