元器件应用中的可支持电阻温度检测器的高精度接口(图)

A Precision Interface for A Resistance Temperature Detector 电阻温度检测器(RTD)属于温度传感器的一种，可以利用金属电阻会随着温度高低不同而出现相应变化这一物理特性测量温度，其应用范围非常广泛，例如用以测量及控制温度的许多仪表都采用这种检测器。这些测量仪表电路都采用100Ω的白金电阻温度检测器(PRTD)，目前市场上还有多种不同的白金电阻温度检测器可供选择。以超过0℃的温度环境来说，白金电阻温度检测器的电阻温度转换函数大约可以利用公式1列出，公式中的T指温度。---电阻温度检测器电阻RRTD= (100 + 0.39083T-0 电阻温度检测器（RTD）是一种基于金属电阻随温度变化的物理现象来测量温度的传感器。在各种温度测量和控制系统中，RTD被广泛应用，尤其是100Ω的铂电阻温度检测器（PRTD）。PRTD在高于0℃的温度环境下，其电阻与温度的关系可以用公式RRTD = (100 + 0.39083T - 0.00005775T^2) Ω来表示，其中T为温度（摄氏度）。 为了提高测量精度，RTD通常与高精度接口电路配合使用。如图1所示的电路中，采用了LMP2011高增益、低偏置电压的精密运算放大器和LM4140A-2.500低漂移电压基准源。这样的设计能有效降低信号调理过程中的误差。4引线的PRTD配置，如图1所示，是因其具有 Kelvin 连接，能够将电源线（W1和W4）与传感线（W2和W3）分离，从而减少引线电阻造成的测量误差。 引线电阻是导致测量误差的一个重要因素。例如，3m长的24AWG铜线在0℃时的电阻约为0.514Ω，这会导致约1.31℃的温度误差。随着温度的升高，误差也会增加。因此，减少引线长度或选择低电阻材料可以改善测量的精确度。 除了图1所示的电路，还有其他激励RTD的方法。图2的电路使用恒压电源和串联电阻设定流过PRTD的电流，而图3的电路采用恒流源。图2中，电流的计算不考虑引线电阻，而图3的电压计算更为直接，VPRTD = 0.001 × RPRTD。图4通过对比展示了两种不同电路在性能上的差异，恒流驱动的线性表现优于恒压驱动，后者因分压器的影响可能会引入非线性误差。 恒流电源通常由高精度放大器（如LMP2011）和一个固定电阻（如R8）以及电压基准（如LM4140A-2.500）构成。恒流值可通过公式IRTD = Vref / R8计算，例如，在图1的电路中，恒流值为1mA。这个电流值足够小，不会对PRTD的内部产生过度加热，确保了温度测量的准确性。 电阻温度检测器的高精度接口设计是通过精心选择和配置电子元件，如精密运算放大器、低漂移电压基准源和合适的引线配置，以减少测量误差并提供可靠的温度测量数据。在实际应用中，根据系统需求和环境条件，选择合适的电路设计和RTD类型至关重要。