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

在我闡述最近設(shè)計(jì)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(shí)，我意識(shí)到了它的重要性。對(duì)于圖 1 中的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，需要考慮信號(hào)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(cè)量誤差。　　

圖1：簡(jiǎn)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(duì)比率計(jì)溫度測(cè)量設(shè)計(jì)，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(duì)值。由于RREF上有激勵(lì)電流經(jīng)過(guò)，因此它會(huì)消耗電源并發(fā)熱，從而可引起電阻變化，影響測(cè)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(cè)量等眾多其它應(yīng)用中也很重要，其取決于電阻器絕對(duì)值，因?yàn)樵陔娮杵飨碾娫磿r(shí)它可能會(huì)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(shí)電阻的變化范圍。電阻器TC的單位一般是每攝氏度百萬(wàn)分之一(ppm/°C)。一個(gè) 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(shí)，如何使用電阻器溫度規(guī)范計(jì)算 1kΩ、±100ppm/°C 電阻器阻值 ΔRTC 變化的實(shí)例。　　

一般來(lái)說(shuō)，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(shí)高達(dá)1000°C/W 以上！這些較小電阻器的額定功率級(jí)通常小于0.1W，但其溫度會(huì)隨功率耗散極其快速地變化。

公式3可計(jì)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(cè)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(xiàn)，您可通過(guò)該曲線(xiàn)反向計(jì)算出自發(fā)熱系數(shù)。

功率額定值下降曲線(xiàn)可在不超過(guò)最大指定溫度情況下，針對(duì)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(xiàn)實(shí)例。

圖2：1/2W金屬膜電阻器的功率額定值下降曲線(xiàn)

可以從圖2的曲線(xiàn)中可以確定最大工作溫度 TMAX，也就是在額定耗散等于0% 時(shí)x軸上的值。在所示實(shí)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。可通過(guò)該溫度、最大工作溫度以及電阻器的功率額定值計(jì)算出針對(duì) θSH 的值，如圖 5 所示。

現(xiàn)在可憑借計(jì)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(jì)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(duì)溫度傳感器變送器電路對(duì)系統(tǒng)精度的最終影響。