本系列由三部分组成的文章讨论了基于电阻温度检测器的设计 (RTD) 温度测量系统的历史和设计挑战。它还涵盖了 RTD 权衡选择和配置。最后，详细介绍了 RTD 系统优化与评价。
温度测量在工业自动化、仪器仪表、CbM 医疗设备。高精度和精度对于监测环境条件和校正系统漂移性能非常重要。可使用热电偶、电阻温度检测器等多种温度传感器 (RTD)、电子带隙传感器和热敏电阻。与设计一起选择的温度传感器取决于测量的温度范围和精度。对于 –200°C 至 850°C 范围内的温度，RTD 它提供了高精度和良好稳定性的完美结合。
温度测量的主要挑战包括：
选择电流和电压。RTD 传感器是一种不产生电输出的无源装置。激励电流或电压用于通过使小电流通过传感器产生电压来测量传感器的电阻。 是否使用 2 线、3 线或 4 线传感器。 调节 RTD 信号。 调整上述变量，以便在其规格范围内使用转换器或其他构建块。 多个连接系统 RTD，确定不同传感器之间共享哪些块，以及这些选择对系统性能的总体影响。 确定设计的预期误差。 热电阻概述
对于 RTD，传感器的电阻随温度而变化。最广泛使用 RTD 是铂 Pt100 和 Pt1000，它们有 2 线、3 线和 4 线配置 RTD 该类型由镍和铜制成。
表 1. 常见 RTD 类型
热电阻类型 材料 范围 Pt100, Pt1000 铂金（数值为 0°C 时的电阻） –200°C 至 850°C Pt200, Pt500 铂(值为 0°C 时的电阻） –200°C 至 850°C Cu10, Cu100 铜（数字为 0°C 时的电阻） –100°C 至 260°C 镍120 镍（数值为 0°C 时的电阻） –80°C 至 260°C 最常见的 Pt100 RTD 绕线和薄膜有两种不同的形状。每种类型都建立在几个标准化的曲线和公差范围内。最常见的标准化曲线是 DIN 曲线。DIN 代表“Deutsches Institut für Normung意思是德国标准化研究所。该曲线定义了铂 100 Ω 传感器的电阻和温度特性、标准化公差和工作温度范围。这定义了 RTD 的精度，从 0°C 温度下 100 Ω 基极电阻开始。DIN RTD 标准公差等级不同。这些容差如表 2 也适用于低功率应用 Pt1000 RTD。
表 2. RTD 精度—A 级、B 级、1/3 DIN
传感器类型 DIN等级 公差 @ 0°C 公差 @ 50°C 公差 @ 100°C Pt100 RTD 薄膜 B级 ±0.30°C ±0.55°C ±0.80°C Pt100 RTD 薄膜 A级 ±0.15°C ±0.25°C ±0.35°C Pt100 RTD 绕线/薄膜 1/3 B级
±0.1°C
±0.18°C
±0.27°C
选择 RTD 传感器必须同时考虑 RTD 本身及其精度。温度范围因部件类型而异，校准温度(通常为 0°C）表示的精度随温度而变化。因此，重要的是要定义测量的温度范围，并考虑到任何低于或高于校准温度的温度都会有更宽的容差和更低的精度。
RTD 按其在 0°C 对标称电阻进行分类。Pt100 传感器的温度系数约为 0.385 Ω/°C，Pt1000 温度系数比 Pt100 大 10 倍。许多系统设计师使用这些系数来获得温度转换的近似阻力，但是 Callendar-Van Dusen 方程提供了更准确的转换。
温度 t ≤ 0°C 的方程为 
温度 t ≥ 0°C 的方程为 在哪里：
t 是 RTD 温度 (°C)
R RTD (t) 是温度 (t) 下的 RTD 电阻
R 0是 0°C 时的 RTD 电阻(在这种情况下，R 0 = 100 Ω） A = 3.9083 × 10 -3
B = -5.775 × 10 -7
C = ?4.183 × 10 ?12
RTD 接线配置
选择 RTD 另一个传感器参数需要考虑，它的接线配置会影响系统的精度。市场上有三种不同 RTD 各配置各有优缺点，可能需要不同的技术来减少测量误差。
2 由于配置是最简单但最不准确的配置，因为导线电阻的误差和温度的变化会导致显著的测量误差。因此，该配置仅适用于短导线或高电阻传感器（如 Pt应用1000)，这两种情况都能最大限度地减少引线电阻对精度的影响。
3 线是最常用的配置，因为它具有使用三个引脚的优点，在最小尺寸的连接器设计中非常有用（需要三个连接端子， 4 线 RTD 需要 4 线端子) 2 与线配置相比，3 线还具有显着的精度改进。3 本文稍后介绍的不同校准技术可以补偿线路系统中的引线电阻误差。
4 线是最昂贵但最准确的配置。在这种配置中，由于导线电阻和温度变化的影响，消除了误差。因此，4 最佳性能可以通过线配置来实现。
RTD配置电路
高精度、准确性 RTD 传感器测量需要准确的信号调节、模数转换、线性化和校准。RTD 典型的测量系统设计由不同的阶段组成，如图所示 2 所示。虽然信号链看起来简单明了，但设计师必须考虑复杂的组件选择、连接图、误差分析等因素，模拟信号调整挑战会影响整个系统板的尺寸和材料清单 (BOM) 成本。从好的方面来说，ADI 大量的集成解决方案可用于产品组合。这种完整的系统解决方案可以帮助设计师简化设计，缩短电路板尺寸和上市时间
图 1：RTD 接线配置(来源:模拟设备公司)
图 2：典型的 RTD 测量信号链块。
三种 RTD 接线配置有将 RTD 与 ADC 接口或连接所需的不同接线技术，以及其他外部组件，以及来自 ADC 例如，激励电流和灵活的多路复用器。本节涵盖每个部分 RTD 对配置电路设计关注配置电路设计和注意事项。
Sigma-Delta ADC
在设计 RTD 系统时，Sigma-delta (Σ-Δ) ADC 它有很多优点。首先，由于 Σ-Δ ADC 采样模拟输入，外部滤波最小化，唯一要求简单 RC 滤波器。它们在选择滤波器类型和输出数据速率方面提供了灵活性。内置数字滤波器可用于抑制来自主电源的任何干扰。AD7124-4 / AD7124-8等 24 位高分辨率 ADC峰值分辨率最大 21.7 位。其他好处是
模拟输入的宽共模范围 参考输入的宽共模范围 可支持比例配置 缓冲参考和模拟输入 一些 Σ-Δ ADC 它是高度集成的，包括 可编程增益放大器 (PGA) 励磁电流 参考/模拟输入缓冲器 校准功能 它们明显简化了 RTD 同时减少了设计 BOM、系统成本、电路板空间和上市时间。
在本文中，AD7124-4/AD7124-8 用作 ADC。这些都是集成的 PGA、激励电流、模拟输入和参考缓冲器的低噪入和参考缓冲器 ADC。
比例测量
使用电阻传感器(例如 RTD 或热敏电阻系统，比率配置是一种合适、经济、高效的解决方案。使用比例和传感器电压来自相同的激励源。因此，激励源不需要是准确的。图 3 显示了 4 线 RTD 比例配置在应用中的示例。恒定激励电流为 RTD 和精密电阻器 R REF供电，并在 R REF两端产生电压 RTD 参考电压测量。激励电流的任何变化都不会影响测量的准确性。因此，利用比例法允许使用噪声大、稳定性差的励磁电流。励磁电流优于电压励磁，因为它具有更好的抗噪性。本文将讨论选择激励源时应考虑的主要因素。
共享 IOUT/AIN 引脚
许多 RTD 系统设计师使用集成多路复用器和激励电流 sigma-delta ADC，允许多通道测量和激励电流到每个传感器的灵活路由。AD7124 等 ADC 允许单个引脚同时作为激励电流和模拟输入引脚 4）。在 IOUT 和 AIN 分享每一个引脚 3 线 RTD 传感器只需要两个引脚，这将增加通道数。然而，在这种配置中，抗混叠或电磁干扰 (EMI) 滤波中电阻 R 较大值会增加 RTD 因为 R 与 RTD 串联 - 因此，可以使用有限的 R 值。这就是为什么通常建议在每个激励电流源中使用引脚，以避免 RTD 测量中可能出现的错误。 相关实战：https://ww.99qibang.cn/information/3b13edcc85fe4dd18674255c56671c7b.html https://www.99qibang.cn/information/67dc7d5f68314407ab1f15a2608c7f7c.html