RTD概覽
鉑電阻溫度傳感器（RTD）在0 °C時(shí)的典型阻抗為100Ω。它由疊加于塑料膜之上的鉑金屬薄膜組成。其阻抗隨溫度變化而改變，通常，它所測(cè)量的溫度可以高達(dá)850 °C。流經(jīng)RTD的電流在RTD的兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓差。通過測(cè)量這一電壓差，您可以確定其阻抗，進(jìn)而確定其溫度。阻抗與溫度間的關(guān)系近似呈線性。
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RTD基礎(chǔ)知識(shí)
RTD基于純金屬電子阻抗改變的工作原理，具有阻抗隨溫度呈線性遞增變化的特性。RTD所使用的典型元素包括鎳（Ni）和銅（Cu），而鉑（Pt）憑借其寬廣的溫度范圍、精度和溫度性，成為迄今最為常用的金屬
RTD的構(gòu)造采用了兩種不同的制造配置方式之一。繞線式RTD通過將細(xì)線繞入線圈構(gòu)造。一種更為常見的配置便是采用薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由覆蓋于塑料或陶瓷子層上的非常之薄的金屬層構(gòu)成。該薄膜組分成本更低且更為廣泛可用，因?yàn)樗梢岳酶俚你K金屬得到更高的標(biāo)稱阻抗。為了保護(hù)RTD，RTD單元和與其相連接的導(dǎo)線封裝在一個(gè)金屬外鞘內(nèi)。
憑借其穩(wěn)定性RTD得到了廣泛的應(yīng)用，RTD展現(xiàn)了任何其他電子溫度傳感器都無(wú)法媲美的信號(hào)相對(duì)溫度所具有的線性度。然而，由于復(fù)雜的制造工藝和貴金屬鉑的使用，它通常也比其替代品更為昂貴。RTD還具有響應(yīng)慢和敏感度低的特點(diǎn)，而且，由于需要電流激勵(lì)，它容易產(chǎn)生自熱現(xiàn)象。
RTD通常依據(jù)其在0 °C時(shí)的標(biāo)稱阻抗進(jìn)行分類。對(duì)于鉑薄膜RTD，典型的標(biāo)稱阻抗包括100 Ω和1000 Ω。其阻抗與溫度間的關(guān)系近似呈線性，并遵循如下等式：
當(dāng)溫度低于0 °C時(shí)，RT = R0 [ 1 + aT + bT2 + cT3 (T - 100) ]（等式1）
當(dāng)溫度高于0 °C時(shí)， RT = R0 [ 1 + aT + bT2 ]
其中，RT為溫度為T時(shí)的阻抗，R0為標(biāo)稱阻抗，a、b和c分別是RTD所使用的比例常數(shù)。
100 W鉑RTD（通常稱為Pt100）的阻抗-溫度曲線如圖1所示。
圖1. 100 Ω鉑RTD的阻抗-溫度曲線，其中a = 0.00385
該關(guān)系雖然表現(xiàn)出相對(duì)線性，但是曲線擬合通常是進(jìn)行精確RTD測(cè)量的最精確方式。
利用RTD測(cè)量溫度
所有的RTD通常采用紅與黑或紅與白的導(dǎo)線色彩組合。紅色導(dǎo)線是激勵(lì)導(dǎo)線，而黑色導(dǎo)線或白色導(dǎo)線是接地導(dǎo)線。如果您不確信哪一根導(dǎo)線與阻抗部分的哪一邊相連，您可以使用數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）測(cè)量導(dǎo)聯(lián)之間的阻抗。如果阻抗接近0 ?，那么這些導(dǎo)聯(lián)與同一個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。如果阻抗與標(biāo)稱的測(cè)量阻抗相近（100 ?是一種常見的RTD標(biāo)稱測(cè)量阻抗），那么您所測(cè)量的導(dǎo)線分別位于阻抗部分的相對(duì)端。此外，查閱RTD的技術(shù)規(guī)范以確定該特定設(shè)備的激勵(lì)水平。
絕大多數(shù)儀器為RTD測(cè)量提供相似的針腳配置。下例展示了如何利用NI CompactDAQ機(jī)箱與NI 9217 RTD模塊（參見圖2）進(jìn)行此類測(cè)量。
圖2. NI CompactDAQ底板與NI 9217 RTD模塊
RTD是一個(gè)無(wú)源測(cè)量設(shè)備，因此，您必須為其提供激勵(lì)電流，然后讀出跨越其端子的電壓。進(jìn)而您可以利用簡(jiǎn)單的算法方便地將所讀出的電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值。為了避免由流過RTD的電流導(dǎo)致的自熱生，應(yīng)盡可能地最小化該激勵(lì)電流。實(shí)質(zhì)上存在三種不同的利用RTD測(cè)量溫度的方法。
2-線-RTD信號(hào)連接
將RTD的紅色導(dǎo)聯(lián)與激勵(lì)源的正極相連。利用跳線將激勵(lì)源的正極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連。將RTD的黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)與激勵(lì)源的負(fù)極相連。利用跳線將激勵(lì)源的負(fù)極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的負(fù)通道相連。
圖3. 2-線RTD測(cè)量
在2-線方法中，給RTD施加激勵(lì)電流的兩根導(dǎo)線與測(cè)量RTD電壓所使用的兩根導(dǎo)線相同。
利用RTD獲取溫度讀數(shù)的最便捷的方式便是使用2-線方法；然而，該方法的不足在于導(dǎo)線的導(dǎo)聯(lián)阻抗較高，那么所測(cè)得的電壓Vo將會(huì)顯著高于RTD本身所承載的電壓。NI 9217不支持2-線測(cè)量配置。
3-線-RTD信號(hào)連接
將RTD的紅色導(dǎo)聯(lián)與激勵(lì)源的正極相連。利用跳線將激勵(lì)源的正極針腳與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連。將RTD的黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)之一分別與激勵(lì)源的負(fù)極、負(fù)通道相連。圖4描述了測(cè)量所需的外部連接以及NI 9217 RTD模塊的針腳引線。
圖4. 3-線 RTD測(cè)量
4-線-RTD信號(hào)連接
如欲連接該RTD，僅需將位于其阻抗部分的正極邊的每個(gè)紅色導(dǎo)聯(lián)分別與激勵(lì)源的正極和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的正通道相連。將位于其阻抗部分的負(fù)極邊的每個(gè)黑色（或白色）導(dǎo)聯(lián)分別與激勵(lì)源的負(fù)極和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的負(fù)通道相連。來自2-線RTD的兩根額外的導(dǎo)聯(lián)提高了所能達(dá)到的精度。圖5描述了該測(cè)量所需的外部連接以及NI 9217 RTD模塊的針腳引線。
圖5. -線RTD測(cè)量
4-線方法的優(yōu)點(diǎn)在于免受導(dǎo)線阻抗的影響，因?yàn)檫@些導(dǎo)線位于通往電壓測(cè)量設(shè)備的高阻抗通路上。因此，您可以獲得精確得多的RTD負(fù)載電壓的測(cè)量值。
RTD噪聲的考慮
RTD的輸出信號(hào)的典型值為毫伏量級(jí)，因而極易受到噪聲的干擾。在RTD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常常使用低通濾波器，以有效濾除RTD測(cè)量結(jié)果中的高頻噪聲。例如，低通濾波器對(duì)于濾除在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室和工廠環(huán)境中普遍存在的60 Hz電源線噪聲非常有用。
您也可以通過在信號(hào)源附近放大處理電壓水平偏低的RTD電壓，顯著改善您系統(tǒng)的噪聲性能。由于RTD輸出的電壓水平是非常之低，所以您應(yīng)當(dāng)選擇合適的增益，以優(yōu)化模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入限制。
查看您的測(cè)量結(jié)果：NI LabVIEW
一旦完成傳感器與測(cè)量?jī)x器的連接，您就可以利用LabVIEW圖形化編程軟件，根據(jù)需要可視化處理數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析處理。
圖6. LabVIEW RTD測(cè)量