電子發燒友網報道（文/李寧遠）溫度測量在任何系統設計里都是一類非常常見的測量指標，溫度作為許多終端設備里關鍵的數據，有不少測量辦法。RTD、熱敏電阻、熱電偶都是溫度測量中具有代表性的模擬元件。在不同的系統設計中，需要根據所需的精度和測量的溫度范圍選取合適的溫度傳感方式。

精密溫度測量中的RTD

熱敏電阻是我們此前常關注的一類溫度傳感，作為一種簡單的小尺寸方案，它響應時間極快，NTC芯片層面的響應時間在1秒左右，傳感器層面的響應時間也可以達到15秒以下甚至10秒以下。不過其非線性程度差，和其他溫度測量相比也不夠耐用，而且熱敏電阻的自發熱肯定會對精度造成影響。這里沒有算上線性PTC這類熱敏電阻，雖然線性PTC解決了NTC在溫度測量上的各種缺點，是精密溫度測量里的一種很好的選擇，但是其應用還不夠廣泛而且成本高。

數字溫感在新型應用場景里很流行，各方面性能也很突出，不過溫度范圍受限的天生劣勢也是無法避免的。熱電偶同樣如此，作為能達到很高精度的測量方案，劣勢在于需要冷端補償為其提供誤差修正。

在溫度測量范圍很寬的應用里（－200℃到850℃），這次我們關注的RTD是相當耐用且足夠精準的一種選擇。在整個溫度范圍里，RTD的響應可以呈現出幾乎線性的特征，靈敏度也能高達幾百μV/℃。不論是選擇3線還是4線方案，都是精密溫度測量里很可靠的選擇。

2線的配置最簡單，但由于傳感器引線電阻，存在固有的不準確性也無法直接補償，精密溫度測量里不會采用2線的方案。精密溫度測量里RTD最常見的配置是3線，帶補償回路在測量時消除引線電阻的影響。測量設備先測量傳感器和連接引線的總電阻，再測量補償回路電阻，進而確定實際凈電阻。4線RTD精度更高，完全消除了引線電阻的影響，這種配置的溫度測量精確度更高，但許多工業控制器/測量設備無法實現真正的四線測量，而且成本不低。

RTD精密測溫挑戰

在寬溫度范圍內選用RTD方案進行高精度與高穩定性的溫度測量實現起來還是有著不少挑戰的，首先就是電流和電壓的選擇。RTD是無源器件，為了產生測量電壓，需要激勵電流。一般來說采用比率式配置，基準電壓和傳感器電壓都是從同一個激勵源處獲得，對激勵源的要求可以不用那么精確。激勵電流任何的變化都不會對測量精度產生影響，即便激勵電流噪聲比較大或者不太穩定。一般來說更高的激勵電流更好，但是必須確保大電流下電阻功耗過大或者自發熱影響測量結果，這需要在電流值和性能之間做出取舍。

穩定性上同樣具有不少挑戰，雖然RTD溫度測量前端可以承受一定的ESD電平，但精密溫度測量場景里往往電磁環境也比較復雜。比如RTD傳感器電纜上的耦合就有可能讓整個測量系統的穩定性面臨EMI挑戰。尤其在工業場景中，傳感器電纜越長，這種風險越大。

一些常見的保護器件會被配置到測量系統中以增加測溫系統的可靠性。以大家熟知的TVS為例，在RTD測溫系統里，具有更高擊穿電壓的TVS給系統帶來的誤差會越小。雖然保護器件的加入會稍微增加測溫系統的總誤差，但是穩定性也更高，而且RTD可以通過配置激勵電流減少保護器件加入后的誤差。

測溫系統中的ADC

溫度測量里對采樣速度的要求并不是很高，通常都是以低速測量為主，但是對分辨率的要求很高。很多廠商提供的測溫前端里都采用Σ-Δ架構來實現這種高分辨率低帶寬要求的ADC。Σ-ΔADC能夠對模擬輸入過采樣，進一步減少外部濾波。良好信噪比SNR也是必不可少的，方便數據進行下一步處理。

一些ADC會直接集成PGA、激勵電流、基準電壓源，還能實現比率式配置，大大簡化RTD測溫系統的設計。

小結

RTD在精密測溫上想要兼顧高精度與高穩定性既要考慮噪聲非常低的PGA、分辨率足夠高的ADC還需要綜合考慮激勵電流配置以及其他保護元器件。如何做好這些配置間的平衡是精密測溫RTD傳感系統的關鍵。