鉑熱電阻溫度傳感器本質(zhì)上是一個受溫度影響的電阻器，電流通過電阻會產(chǎn)生熱量，這種原因引起的溫度變化被稱作為鉑電阻的自熱。電阻器自發(fā)熱的計算是一個很基本的概念，但實際的工作中常常被我們忽略，從而造成傳感器測量電路的測量精度誤差加大。

在我闡述最近設(shè)計的高精度電阻式溫度傳感器變送器(RTD) 采集系統(tǒng)的電路原理時，我意識到了它的重要性。對于圖 1 中的簡化設(shè)計，需要考慮信號路徑中溫度鉑電阻自發(fā)熱引起的誤差，才能防止它們所導(dǎo)致的我們不希望出現(xiàn)的測量誤差?！　?

圖1：簡化的鉑熱電阻溫度傳感器變送器電路原理圖

該變送器電路針對比率計溫度測量設(shè)計，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果直接取決于參考電阻器RREF電阻- 的絕對值。由于RREF上有激勵電流經(jīng)過，因此它會消耗電源并發(fā)熱，從而可引起電阻變化，影響測量精確度。此外，電阻器自發(fā)熱影響在電流感應(yīng)或功率測量等眾多其它應(yīng)用中也很重要，其取決于電阻器絕對值，因為在電阻器消耗電源時它可能會改變阻值。

電阻器的溫度系數(shù)(或TC)規(guī)定了電阻器溫度變化時電阻的變化范圍。電阻器TC的單位一般是每攝氏度百萬分之一(ppm/°C)。一個 1% 電阻器具有大約 +/-100ppm/°C 的溫度系數(shù)TC，而高精度金屬膜電阻器則提供較低的溫度系數(shù)不到0.1ppm/°C。

下面的公式1和公式2是溫度從 25°C 到125°C 變化時，如何使用電阻器溫度規(guī)范計算 1kΩ、±100ppm/°C 電阻器阻值 ΔRTC 變化的實例。　　

一般來說，較小表面安裝電阻器組件(0201、0402、0603 等)在功率耗散方面效率較低，因此具有極高的自發(fā)熱系數(shù)θSH，有時高達(dá)1000°C/W 以上！這些較小電阻器的額定功率級通常小于0.1W，但其溫度會隨功率耗散極其快速地變化。

公式3可計算功率耗散所引起的電阻器溫度增加量 ΔTSH。公式4將 ΔTSH 插入公式1替代 ΔT，以確定 100°C/W 適度自發(fā)熱和 0.5W 功率耗散情況下自發(fā)熱所引起的電阻變化。

盡管電阻器的數(shù)據(jù)手冊中通常不提供自發(fā)熱系數(shù)，但通常都包含功率額定值下降曲線，您可通過該曲線反向計算出自發(fā)熱系數(shù)。

功率額定值下降曲線可在不超過最大指定溫度情況下，針對環(huán)境溫度規(guī)定電阻器的最大功耗。圖2是0.5W電阻器的電阻器功率額定值下降曲線實例。

圖2：1/2W金屬膜電阻器的功率額定值下降曲線

可以從圖2的曲線中可以確定最大工作溫度 TMAX，也就是在額定耗散等于0% 時x軸上的值。在所示實例中，最大工作溫度是 150°C。另外，電阻器也不可能在100% 額定耗散 (TMAX_PWR100%)、85°C下工作?？赏ㄟ^該溫度、最大工作溫度以及電阻器的功率額定值計算出針對 θSH 的值，如圖 5 所示。

現(xiàn)在可憑借計算得出的自發(fā)熱系數(shù)確定熱增加量，從而可使用公式 3 和公式 4 計算功率耗散所引起的電阻變化。因此，可根據(jù)電阻變化確定自熱對溫度傳感器變送器電路對系統(tǒng)精度的最終影響。