什么是RTD热电阻?两线制和三线制RTD有什么不同?

摘要

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？

来源：方正智芯

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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：



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：

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：



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：



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：



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。

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