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什么是RTD热电阻?两线制和三线制RTD有什么不同?

前面的文章我们介绍过热电偶的测温原理,它是利用塞贝克效应来进行温度测量。除了热电偶,工业上还经常使用RTD热电阻进行温度测量。今天这篇文章,我们想和大家聊聊什么是RTD及它是如何工作的?

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RTD的英文全称为“Resistance Temperature Detector”,因此准确来说,它应该翻译为“电阻温度检测器”。RTD是一种特殊的电阻,其阻值会随着温度的升高而变大,随着温度的降低而减小。工业上利用它的这一特性进行温度测量,因此RTD也被俗称为“热电阻”。

并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:

1)该金属的电阻值与温度变化能呈线性关系;

2)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;

3)该金属能够抵抗温度变化造成的疲劳,具有好的耐久性;
符合该要求的金属并不多,常见的RTD材料有:铂(Pt)、镍(Ni)和铜(Cu)。
以铂热电阻为例,根据其电阻值的不同,又可分为Pt50、Pt100、Pt200、Pt500和Pt1000等。名称中的数值表示热电阻在0℃下的电阻值。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 。
RTD热电阻在不同温度下的阻值可以用公式:R=R0(1+α T)来近似计算。
其中:

1)R0表示RTD在0℃下的电阻值;
2)α 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℃;
根据RTD热电阻的引出线的数量的不同,RTD可分为两线制、三线制和四线制。
两线制RTD的引线是直接在电阻的两端引出两条导线到测温模块上。测温模块采用电桥平衡的原理,RTD作为电桥的一个臂进行测量。

两线制RTD的示意图如下:

2wire_RTD_1.png

两线制RTD传感器没有考虑引出导线的电阻,误差较大,仅适用于精度要求不高的场合。两线制RTD实物图如下:

2wire_RTD.png

为了消除RTD引线对测量结果的影响,许多RTD采用三线制形式。三线制是在两线制的基础上,从电阻的一端引出第三条线,如下图所示:

3wire_RTD_1.png

三线制RTD可以在很大程度上消除传感器引线本身对测量结果的影响,检测精度比两线制有很大的提高。下面这张图是三线制RTD的实物图:

3wire_RTD_3.png

四线制RTD是在三线制的基础上又增加了一条线,即电阻的两端各有两条线,如下图:

4wire_RTD.png

四线制RTD可以完全消除引线电阻的影响,精度非常高,一般用在实验室或者对精度要求很高的场合。

RTD的线性度优于热电偶,是目前最精确和最稳定的温度传感器。但由于电阻的变化需要时间,因此其响应速度较慢。同时其价格也相对较贵,适用于对精度有一定要求且成本控制不严的场合。

好了,关于RTD热电阻就先介绍到这里。欢迎扫描下方的二维码关注我们的微信公众号。

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什么是RTD热电阻?两线制和三线制RTD有什么不同?

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