使用分壓器進(jìn)行 RTD 測(cè)量
　　可以使用簡(jiǎn)單的電阻分壓器將 RTD 電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。圖 1 顯示了鉑 RTD 的典型電路圖。圖中的 Pt1000 表示鉑 RTD，在 0 °C 時(shí)標(biāo)稱(chēng)電阻為 1000 Ω?！　°K RTD 的示例電路圖。

　　圖 1. 鉑 RTD 的示例電路圖。
　　與大多數(shù)電阻傳感器一樣，RTD 傳感器會(huì)隨著測(cè)得的物理量的變化而變化相對(duì)較小的百分比?？紤]到這一點(diǎn)，Pt1000 的溫度系數(shù)約為 3.85 Ω/°C。 讓我們看看節(jié)點(diǎn) A 的電壓變化有多大。
　　假設(shè)我們需要以 0.2 °C 的分辨率測(cè)量溫度，這可能是一個(gè)相對(duì)苛刻的要求。如果溫度從 0 °C 變?yōu)?0.2 °C，則傳感器電阻從 1000 Ω 增加到 1000.77 Ω。因此，節(jié)點(diǎn) A 的電壓從 1.5 V 變?yōu)?1.500577 V，計(jì)算如下：
　　\[V_{A}=\frac{R_{rtd}}{R_{rtd}+R_{1}}\times V_{exc}=\frac{1000.77\times3}{1000.77+1000}=1.500577V\]
　　因此，溫度變化 0.2 °C 會(huì)使節(jié)點(diǎn) A 的電壓變化約 577 μV。我們可以直接測(cè)量 V一個(gè)確定 RTD 電阻值和溫度;但是，我們的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該具有足夠的分辨率來(lái)檢測(cè) 1.5V 信號(hào)中的幾分之一毫伏變化。將 1.5 V 除以所需的最小步長(zhǎng) （577 μV），我們可以估算出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的無(wú)噪聲計(jì)數(shù)，計(jì)算公式為：
　　\[噪聲\，空閑\，計(jì)數(shù)=\frac{1.5V}{577 \mu V}\approx2600\，計(jì)數(shù)\]
　　這對(duì)應(yīng)于大約 log 的無(wú)噪聲分辨率2（2600） = 11.34 位。請(qǐng)注意，這僅給出了 A/D 分辨率的近似值。實(shí)際要求更為嚴(yán)格，取決于溫度計(jì)設(shè)計(jì)的溫度范圍。此外，我們還以 3.85 Ω/°C 的恒定溫度系數(shù)對(duì) RTD 進(jìn)行建模，而 RTD 實(shí)際上是非線性器件。
　　當(dāng)今的 Δ-Σ （ΔΣ） 轉(zhuǎn)換器可以輕松實(shí)現(xiàn) 11 位的無(wú)噪聲分辨率。因此，我們可以使用圖 1 中的電路以及 ΔΣ 轉(zhuǎn)換器，直接對(duì) RTD 兩端的電壓進(jìn)行數(shù)字化處理。
　　然而，幾十年前，這種高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器不可用或不經(jīng)濟(jì);電路設(shè)計(jì)人員使用 Wheatstone 電橋電路等技術(shù)進(jìn)行 RTD 測(cè)量。雖然電橋電路仍常用于其他領(lǐng)域，例如力和壓力傳感應(yīng)用，但它們很少用于 RTD 測(cè)量。盡管如此，為了完整起見(jiàn)，我們將在下面簡(jiǎn)要討論電橋電路如何放寬模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的要求。
　　傳統(tǒng)方法：使用惠斯通電橋進(jìn)行 Pt1000 測(cè)量
　　用于 Pt1000 測(cè)量的基本惠斯通電橋如圖 2 所示?！　t1000 的惠斯通電橋測(cè)量示例。

　　圖 2. Pt1000 的惠斯通電橋測(cè)量示例。
　　輸出電壓是兩個(gè)分支之間的電壓差。事實(shí)上，橋式電路將單端測(cè)量從簡(jiǎn)單的分壓器分支更改為差分測(cè)量。在這種情況下，當(dāng)電橋平衡時(shí)（0 °C），輸出為 0 V。如果溫度升高 0.2 °C，則輸出增加到 577 μV，計(jì)算如下：
　　\[V_{OUT}=V_{A}-V_{B}=\frac{1000.77\times3}{1000.77+1000}-\frac{1000\times3}{1000+1000}=577\mu V\]
　　在這種情況下，反映 RTD 電阻變化的所需信號(hào)不會(huì)位于較大的 DC 信號(hào)之上。輸出僅包含我們要測(cè)量的信號(hào)。為了確定 ADC 的無(wú)噪聲分辨率，我們應(yīng)該考慮 V 的最大值和最小值外在溫度計(jì)的整個(gè)溫度范圍內(nèi)。假設(shè)我們需要測(cè)量 -40 °C 至 150 °C 的范圍。在此溫度范圍內(nèi)，RTD 電阻從 842.47 Ω 變?yōu)?1573.25 Ω。我們可以使用此信息來(lái)確定 V 的最大值和最小值外如下表 1 所示：
　　

表 1.

溫度 （°C）	RRTD(Ω)	V外（五）
-40	842.47	-0.128249
150	1573.25	0.334159

　　由于應(yīng)檢測(cè)到的最小變化為 577 μV，因此系統(tǒng)的無(wú)噪聲計(jì)數(shù)可通過(guò)以下方式計(jì)算：
　　\[噪聲\，自由\，計(jì)數(shù)\，=\frac{V_{輸出，最大}-V_{輸出，最小}}{步\，大小}=\frac{0.334159-（-0.128249）}{577\mu V}\大約802\，計(jì)數(shù)\]
　　這對(duì)應(yīng)于 9.65 位的無(wú)噪聲分辨率。如您所見(jiàn)，基于電橋的測(cè)量在整個(gè) 190 °C 溫度范圍內(nèi)獲得的 ADC 分辨率仍然比分壓器方法的單次測(cè)量所獲得的分辨率要寬松。
　　RTD 應(yīng)用的橋接電路限制
　　雖然橋式電路可以減輕 ADC 的要求，但這種方法有一些缺點(diǎn)。bridge output 取決于 bridge 配置中使用的 resistor 值。這種限制就是為什么需要三個(gè)精密電阻器來(lái)完成電橋的原因。除此之外，具有單個(gè)傳感元件的電橋是非線性的。因此，除了 RTD 非線性之外，設(shè)計(jì)人員還必須補(bǔ)償電橋的非線性響應(yīng)。軟件或模擬技術(shù)可用于線性化電橋電路，從而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。使用橋式電路時(shí)，我們還需要具有大共模抑制能力的儀表放大器，這些放大器可以提供高且相等的輸入阻抗。
　　由于這些限制，并注意到現(xiàn)代 Δ-Σ 轉(zhuǎn)換器可以輕松滿足和擊敗 RTD 應(yīng)用的要求，因此電路設(shè)計(jì)人員通常不使用橋式電路進(jìn)行 RTD 測(cè)量。
　　使用 Delta-sigma 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 RTD 傳感器測(cè)量圖 3 顯示了 RTD 傳感器與 ΔΣ ADC 接口的簡(jiǎn)化圖?！　TD 傳感器和 ΔΣ ADC 接口的簡(jiǎn)化圖

　　圖 3. RTD 傳感器和 ΔΣ ADC 接口的簡(jiǎn)化圖
　　使用 22 位 ADC 且參考電壓為 3 V 時(shí)，LSB（最低有效位）等于 \（\frac{3}{2^{22}}\approx0.72\，\mu V\）。
　　對(duì)于這些高分辨率 ADC，最小可檢測(cè)信號(hào)通常受到 ADC 內(nèi)部電子噪聲的限制，例如內(nèi)部電路產(chǎn)生的熱噪聲和閃爍噪聲，而不是 ADC 的量化噪聲。如果您需要復(fù)習(xí) ΔΣ ADC 的噪聲性能，可以參考德州儀器 （TI） 的這個(gè)由 12 部分組成的優(yōu)秀文章系列。
　　ΔΣ ADC 的峰峰值輸入?yún)⒖荚肼暱梢赃_(dá)到微伏或更低的數(shù)量級(jí)。假設(shè) ADC 的輸入?yún)⒖荚肼暈?3 μVp-p.對(duì)于圖 3 中的電路，我們可以找到 RTD 電壓的最大值和最小值 Vrtd，如下表 2 所示：
　　表 2.
　　溫度 （°C）RRTD(Ω)VRTD（五）
　　-40842.471.3717
　　1501573.251.8342
　　利用這些信息，我們可以計(jì)算系統(tǒng)在 -40 °C 至 150 °C 溫度范圍內(nèi)的無(wú)噪聲計(jì)數(shù)，如下所示：
　　\[噪聲\，空閑\，計(jì)數(shù)\，=\frac{V_{輸出，最大}-V_{輸出，最小}}{輸入引用\，噪聲}=\frac{1.8342 - 1.3717}{3\mu V}=154166\，計(jì)數(shù)\]
　　將溫度范圍除以無(wú)噪聲計(jì)數(shù)，得到溫度測(cè)量分辨率：
　　\[溫度分辨率=\frac{T_{max}-T_{min}}{噪聲\，自由\，計(jì)數(shù)}=\frac{150-（-40）}{154166}=0.0012°C\]
　　雖然這種精度水平實(shí)際上令人興奮，但應(yīng)該注意的是，其他幾個(gè)誤差源阻止了我們實(shí)現(xiàn)如此高的性能。R 的初始公差和溫度漂移1ADC 失調(diào)電壓和失調(diào)漂移是其中的一些誤差源。然而，上述計(jì)算證實(shí)，現(xiàn)代 ADC 的噪聲性能和分辨率足以實(shí)現(xiàn)精密測(cè)溫;但是，設(shè)計(jì)人員需要消除其他主要誤差因素以保持系統(tǒng)準(zhǔn)確性。