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RTD温度传感器快速选型要领：总结很全面，建议收藏！
RTD（电阻温度探测器）是一种传感器，其阻值会随着温度的升高而变大，随着温度的降低而减小。RTD器件以其精确性和可重复性而著称，且拥有-200°C至850°C非常宽的工作温度范围，因此在工业自动化、仪器仪表、煤层气和医疗设备等多种不同的终端应用中起着重要作用。
热敏电阻（NTC/PTC）与RTD相似，阻值随着温度变化而变化。热敏电阻通常由聚合物或陶瓷材料制成。而RTD往往用纯金属制成。大多数情况下，热敏电阻比RTD便宜，但精度也较差。有关两者的更多技术信息，可以参看：四类常见温度传感器的选型。
那么，RTD温度传感器在选型和应用时，有哪些注意事项呢？本文将做一个归纳。
材料
不是所有的金属都适合做成RTD，符合这一特性的材料需要满足如下几个要求：
- 该金属的阻值与温度呈线性关系；
- 该金属对温度的变化比较敏感，即单位温度变化引起的阻值变化（温度系数）比较大；
- 该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳，具有好的耐久性；
满足这些要求的金属材料不多，常见的RTD材料有：铂（Pt）、镍（Ni）和铜（Cu）等。
图 1 不同金属，阻值与温度关系，图片来源于TE （TE RTD）
阻值与温度的关系
一般来说，RTD阻值与温度成线性关系。这里需要关注两个参数： 0℃时电阻以及温度系数α。
- 0℃时电阻
0℃时电阻，即0℃时RTD对应的阻值。结合材料与0℃时电阻，可分为Pt100、Pt200、Pt500和Pt1000等。比如：Pt100，表示该传感器在0℃下的电阻值为100Ω；而Pt1000，则表示该传感器在0℃下的电阻值为1000Ω 。
不同类型RTD对应温度范围，如下表所示：
（数据来源：ADI）
对于RTD阻值的测量，通常的做法是，给于RTD一个恒定的电流源，然后使用ADC来检测两端电压，从而得出该RTD阻值。也就是说，相同电流作用下，比起使用Pt100，使用Pt1000灵敏度将可以提高十倍，但同时ADC检测到的电压也会提高10倍。具体怎么选，我们还需要结合ADC等其他器件综合考量。
- 温度系数α
RTD热电阻在不同温度下的阻值可以用公式：R= R0 (1+At)来近似计算。其中：
1）R0表示RTD在0℃下的电阻值；
2）A称为温度系数，表示单位温度下电阻的变化值；
3）t表示测量温度，单位为℃；
温度系数越大，代表传感器对温度越敏感。
对于Pt材料的RTD, 要达到更精确的电阻温度拟合，可以参考DIN EN 60751公式：
当R0 = 100 Ω时:
A = 3.9083 × 10−3
B = −5.775 × 10−7
C = −4.183 × 10−12
工作温度范围与精度
一般原厂产品出厂，都会有校准温度（通常是0℃），随着温度的变化，离校准温度越远，公差变化越大。而精度是在某一温度范围内可以达到。我们在设计时，需要把这点考虑进去。
我们以TE NB-PTCO-011为例来说明：数据手册中给出，0.15%是在温度范围-30℃到300℃内实现的。
图2：精度对应温度范围 （资料来源：TE数据手册 ）
RTD接线配置
市场上有三种不同的RTD布线配置（二线制，三线制，四线制）。
对于三线制和四线制，可以有效消除引线上电阻对于测量的影响。其原理是把测量回路和供电回路分开，测量回路中引线电流的小到忽略不计，从而有效消除引线上电阻对于测量的影响。
更多内容，请看下面帖子：阻值太低,无法测量?来试试开尔文测试吧。
RTD应用实例：比率测量
对于RTD, 比率配置是一种合适且经济高效的解决方案。我们使用四线制RTD作为一个例子进行说明。
下图红色箭头方向是激励源的电流路径，分别流经传感器电阻和一个精密的参考电阻。然后分别测量传感器电阻和参考电阻两端的电压。这么做的好处是，激励源不需要很精确，给予传感器电阻和参考电阻一个相同的电流，然后比较这两电阻的电压值。
图3：四线制RTD比率测量 （图片来源：ADI）
直接选用支持比率测量的ADC，比如ADI AD7124，是一个Σ-Δ ADC (Sigma-Delta)，带有可编程增益放大器、激励源，可以大大简化RTD设计。
使用Σ-Δ ADC的另一个好处是，由于Σ-Δ ADC对模拟输入进行过采样，使得滤波器的设计大大简化，只需简单的单极RC滤波器即可。
国家电网也可能产生50Hz/60Hz及其倍数频率的噪声干扰。一些ADC会自带滤波器，比如ADI AD7124自带滤波器选项，可以针对50 Hz/60 Hz频率滤波，但该滤波会对ADC输出数据速度产生影响。
RTD的快速选型
通过DigiKey网站中的产品参数筛选功能，可以快速搜索到我们设计所需的RTD及其相关产品。
DigiKey提供了丰富的产品参数选项, 包括RTD的0℃时电阻、材料、温度系数、工作温度、精度等。
图4：DigiKey的RTD参数选项
更多温度传感器相关的ADC的选择，可以在DigiKey网站中【数据采集 - 模数转换器（ADC）】页面下的特性栏中选择“温度传感器特性”。
图5：DigiKey温度传感器专用ADC
- ADI RTD开发板
| EVAL-AD7124-4SDZ | EVAL-AD7124-8SDZ |
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这两块开发板支持连接母板EVAL-SDP-CB1Z，再通过USB连接到PC电脑，然后就可在PC电脑上进行控制以及数据分析。使用开发板可以让开发者更快上手，从而缩短研发时间。
本文小结
一个好的RTD温度传感器应用设计，往往需要整体考虑。不仅要留意RTD本身的材料、温度范围、精度等参数，还要根据测量方法，将周边器件(比如ADC)、接线配置等要素放在一起考虑。DigiKey网站的参数筛选功能，可以帮助大家节省选型时间，事半功倍。
更多关于温度传感器的技术信息,请点击以下链接查看，也欢迎大家在文末留言讨论。
关于此作者
Alan Yang 是DigiKey在上海的应用工程师，负责分享解决方案和业内技术，以协助客户进行项目设计。他拥有5年的仪器仪表行业电路设计方面的经验，擅长于小信号放大电路的设计开发。Alan毕业于上海理工大学。拥有两个学位，医学影像工程与工商管理。闲暇时，兴趣爱好广泛。喜欢旅行，话剧，阿卡贝拉。
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