RTD 電阻溫度特性建模

    圖 1 中的藍(lán)色曲線顯示了根據(jù) DIN/ IEC 60751標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的 100 Ω 鉑 RTD 的電阻-溫度特性。該標(biāo)準(zhǔn)要求傳感器在 0 °C 和 100 °C 時分別表現(xiàn)出 100 Ω 和 138.5 Ω。

    RTD 電阻-溫度特性圖。

    圖 1. RTD 電阻-溫度特性圖。
    另一方面，圖 1 中的綠色曲線顯示了 S 型熱電偶的輸出電壓。目視檢查表明 RTD比熱電偶更具線性（您可以更輕松地識別 S 型熱電偶在 100 °C 至 300 °C 溫度范圍內(nèi)與直線的偏差）。通過繪制上述曲線的斜率可以地顯示這兩種傳感器類型的非線性行為。圖 2 中繪制的斜率曲線顯示了這些傳感器的靈敏度如何隨溫度變化。

    顯示傳感器隨溫度變化的斜率曲線。

    圖 2. 顯示傳感器隨溫度變化的斜率曲線。圖片由Analog Devices提供
    為了獲得線性響應(yīng)，我們期望靈敏度曲線在感興趣的溫度范圍內(nèi)變化。RTD 和熱電偶都不是完美的線性；然而，RTD 往往提供更線性的響應(yīng)。在上面的示例中，RTD 的靈敏度從 0 °C 到 800 °C 變化約 25%，而熱電偶的塞貝克系數(shù)變化約 83%。
    RTD 溫度系數(shù)或“Alpha 參數(shù)”
    由于 RTD 是一種相當(dāng)線性的設(shè)備，因此可以使用稱為“alpha”參數(shù)或 RTD 溫度系數(shù)的單個值來指定其電阻溫度特性。阿爾法參數(shù) (α) 定義為 0 ℃ 至 100 ℃ 溫度范圍內(nèi)每單位溫度電阻的平均變化除以 0 ℃ 時的標(biāo)稱電阻值。從數(shù)學(xué)上來說，可以通過應(yīng)用以下等式找到該參數(shù)：
    \[a=\frac{R_{100}-R_{0}}{100\TImes R_{0}}\]
    其中 R 100和 R 0分別表示 100 ℃ 和 0 ℃ 時的傳感器電阻。α的單位是Ω/Ω/°C，而純金屬的溫度系數(shù)在0.003至0.007 Ω/Ω/°C范圍內(nèi)。請記住，少量雜質(zhì)可以顯著改變金屬的溫度系數(shù)。
    通過溫度系數(shù)表征 RTD
    不同的組織采用不同的溫度系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，以采用一致的方式來表征 RTD。1983 年，IEC（國際電工委員會）采用了 DIN（德國規(guī)范研究所）100 Ω 鉑 RTD 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)稱為 DIN/IEC 60751，或簡稱為 IEC-751，定義了 100 Ω、0.00385 Ω/Ω/°C 鉑 RTD 的溫度與電阻。根據(jù) IEC-751 構(gòu)建的 100 Ω 鉑 RTD 在 0 °C 時的電阻必須為 100.00 Ω，在 0 到 100 °C 之間的平均電阻溫度系數(shù) (TCR) 為 0.003850 Ω/Ω/°C。

    鉑 RTD 的另一個常見溫度系數(shù)值為 0.003923 Ω/Ω/°C，符合 SAMA（科學(xué)儀器制造商協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)。下面的表 1 列出了一些其他 RTD 標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)。我們將很快討論該表中的 A、B 和 C 值的含義。

    表 1. RTD 溫度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的三個示例。使用的數(shù)據(jù)由TI提供
    標(biāo)準(zhǔn)溫度系數(shù)(a)A乙C*
    DIN 437600.003850Ω/Ω/°C3.908×10 -3-5.8019×10 -7-4.2735×10 -12
    0.003911Ω/Ω/°C3.9692×10 -3-5.8495×10 -7-4.2325×10 -12
    ITS-900.003926 Ω/Ω/℃3.9848×10 -3-5.870×10 -7-4.000×10 -12
    目前，DIN/IEC-751 是大多數(shù)國家公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；但是，您仍然需要查閱 RTD 數(shù)據(jù)表，以確保設(shè)備是按照哪種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的。如果您使用的 RTD 與您的測量系統(tǒng)不一致，則測量結(jié)果可能會出現(xiàn)重大誤差。