RTD概覽
鉑電阻溫度傳感器（RTD）在0 °C時的典型阻抗為100Ω,。它由疊加于塑料膜之上的鉑金屬薄膜組成,。其阻抗隨溫度變化而改變，通常,，它所測量的溫度可以高達850 °C,。流經(jīng)RTD的電流在RTD的兩端產(chǎn)生一個電壓差,。通過測量這一電壓差，您可以確定其阻抗,，進而確定其溫度,。阻抗與溫度間的關(guān)系近似呈線性。
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RTD基礎(chǔ)知識
RTD基于純金屬電子阻抗改變的工作原理,，具有阻抗隨溫度呈線性遞增變化的特性,。RTD所使用的典型元素包括鎳（Ni）和銅（Cu），而鉑（Pt）憑借其寬廣的溫度范圍,、精度和溫度性,，成為迄今最為常用的金屬
RTD的構(gòu)造采用了兩種不同的制造配置方式之一,。繞線式RTD通過將細線繞入線圈構(gòu)造。一種更為常見的配置便是采用薄膜結(jié)構(gòu),，該結(jié)構(gòu)由覆蓋于塑料或陶瓷子層上的非常之薄的金屬層構(gòu)成,。該薄膜組分成本更低且更為廣泛可用，因為它可以利用更少的鉑金屬得到更高的標稱阻抗,。為了保護RTD,，RTD單元和與其相連接的導(dǎo)線封裝在一個金屬外鞘內(nèi)。
憑借其穩(wěn)定性RTD得到了廣泛的應(yīng)用,，RTD展現(xiàn)了任何其他電子溫度傳感器都無法媲美的信號相對溫度所具有的線性度,。然而，由于復(fù)雜的制造工藝和貴金屬鉑的使用,，它通常也比其替代品更為昂貴。RTD還具有響應(yīng)慢和敏感度低的特點,，而且,，由于需要電流激勵，它容易產(chǎn)生自熱現(xiàn)象,。
RTD通常依據(jù)其在0 °C時的標稱阻抗進行分類,。對于鉑薄膜RTD，典型的標稱阻抗包括100 Ω和1000 Ω,。其阻抗與溫度間的關(guān)系近似呈線性,，并遵循如下等式：
當溫度低于0 °C時，RT = R0 [ 1 + aT + bT2 + cT3 (T - 100) ]（等式1）
當溫度高于0 °C時,， RT = R0 [ 1 + aT + bT2 ]
其中,，RT為溫度為T時的阻抗，R0為標稱阻抗,，a,、b和c分別是RTD所使用的比例常數(shù)。
100 W鉑RTD（通常稱為Pt100）的阻抗-溫度曲線如圖1所示,。
圖1. 100 Ω鉑RTD的阻抗-溫度曲線,，其中a = 0.00385
該關(guān)系雖然表現(xiàn)出相對線性，但是曲線擬合通常是進行精確RTD測量的最精確方式,。
利用RTD測量溫度
所有的RTD通常采用紅與黑或紅與白的導(dǎo)線色彩組合,。紅色導(dǎo)線是激勵導(dǎo)線，而黑色導(dǎo)線或白色導(dǎo)線是接地導(dǎo)線,。如果您不確信哪一根導(dǎo)線與阻抗部分的哪一邊相連,，您可以使用數(shù)字萬用表（DMM）測量導(dǎo)聯(lián)之間的阻抗。如果阻抗接近0 ?,，那么這些導(dǎo)聯(lián)與同一個節(jié)點相連,。如果阻抗與標稱的測量阻抗相近（100 ?是一種常見的RTD標稱測量阻抗）,，那么您所測量的導(dǎo)線分別位于阻抗部分的相對端。此外,，查閱RTD的技術(shù)規(guī)范以確定該特定設(shè)備的激勵水平,。
絕大多數(shù)儀器為RTD測量提供相似的針腳配置。下例展示了如何利用NI CompactDAQ機箱與NI 9217 RTD模塊（參見圖2）進行此類測量,。
圖2. NI CompactDAQ底板與NI 9217 RTD模塊
RTD是一個無源測量設(shè)備,，因此，您必須為其提供激勵電流,，然后讀出跨越其端子的電壓,。進而您可以利用簡單的算法方便地將所讀出的電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值。為了避免由流過RTD的電流導(dǎo)致的自熱生,，應(yīng)盡可能地最小化該激勵電流,。實質(zhì)上存在三種不同的利用RTD測量溫度的方法。
2-線-RTD信號連接
將RTD的紅色導(dǎo)聯(lián)與激勵源的正極相連,。利用跳線將激勵源的正極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連,。將RTD的黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)與激勵源的負極相連。利用跳線將激勵源的負極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的負通道相連,。
圖3. 2-線RTD測量
在2-線方法中,，給RTD施加激勵電流的兩根導(dǎo)線與測量RTD電壓所使用的兩根導(dǎo)線相同。
利用RTD獲取溫度讀數(shù)的最便捷的方式便是使用2-線方法,；然而,，該方法的不足在于導(dǎo)線的導(dǎo)聯(lián)阻抗較高，那么所測得的電壓Vo將會顯著高于RTD本身所承載的電壓,。NI 9217不支持2-線測量配置,。
3-線-RTD信號連接
將RTD的紅色導(dǎo)聯(lián)與激勵源的正極相連。利用跳線將激勵源的正極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連,。將RTD的黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)之一分別與激勵源的負極,、負通道相連。圖4描述了測量所需的外部連接以及NI 9217 RTD模塊的針腳引線,。
圖4. 3-線 RTD測量
4-線-RTD信號連接
如欲連接該RTD,，僅需將位于其阻抗部分的正極邊的每個紅色導(dǎo)聯(lián)分別與激勵源的正極和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連。將位于其阻抗部分的負極邊的每個黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)分別與激勵源的負極和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的負通道相連,。來自2-線RTD的兩根額外的導(dǎo)聯(lián)提高了所能達到的精度,。圖5描述了該測量所需的外部連接以及NI 9217 RTD模塊的針腳引線。
圖5. -線RTD測量
4-線方法的優(yōu)點在于免受導(dǎo)線阻抗的影響,，因為這些導(dǎo)線位于通往電壓測量設(shè)備的高阻抗通路上,。因此，您可以獲得精確得多的RTD負載電壓的測量值。
RTD噪聲的考慮
RTD的輸出信號的典型值為毫伏量級,，因而極易受到噪聲的干擾,。在RTD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常常使用低通濾波器，以有效濾除RTD測量結(jié)果中的高頻噪聲,。例如,，低通濾波器對于濾除在大多數(shù)實驗室和工廠環(huán)境中普遍存在的60 Hz電源線噪聲非常有用。
您也可以通過在信號源附近放大處理電壓水平偏低的RTD電壓,，顯著改善您系統(tǒng)的噪聲性能,。由于RTD輸出的電壓水平是非常之低，所以您應(yīng)當選擇合適的增益,，以優(yōu)化模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入限制,。
查看您的測量結(jié)果：NI LabVIEW
一旦完成傳感器與測量儀器的連接，您就可以利用LabVIEW圖形化編程軟件,，根據(jù)需要可視化處理數(shù)據(jù)并對其進行分析處理,。
圖6. LabVIEW RTD測量