RTD 電阻溫度特性建模

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%。

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(shí)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(shí)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(guò)繪制上述曲線的斜率可以地顯示這兩種傳感器類(lèi)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(chēng)為“alpha”參數(shù)或 RTD 溫度系數(shù)的單個(gè)值來(lái)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(shí)的標(biāo)稱(chēng)電阻值。從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)應(yīng)用以下等式找到該參數(shù)：
    [a=frac{R_{100}-R_{0}}{100TImes R_{0}}]
其中 R 100和 R 0分別表示 100 ℃ 和 0 ℃ 時(shí)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(qǐng)記住，少量雜質(zhì)可以顯著改變金屬的溫度系數(shù)。
   
通過(guò)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(lái)表征 RTD。1983 年，IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）采用了 DIN（德國(guó)規(guī)范研究所）100 Ω 鉑 RTD 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為 DIN/IEC 60751，或簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)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(gè)常見(jiàn)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(huì)）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(gè)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(guó)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(cè)量系統(tǒng)不一致，則測(cè)量結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)重大誤差。