之前，我们探讨了RTD 的基础知识 并接触了RTD 信号调理电路。本文进一步深入探讨 RTD 信号调理技术，并介绍电压与电流激励等概念，以及用于处理引线电阻误差的三线配置。
尽管我们在前一篇关于信号调理的文章中使用了电压激励，但应该注意的是，大多数 RTD 应用都使用电流源来激励传感器。图 1(a) 和 (b) 分别描绘了电压和电流激励方法的简化图。
这两种方法之间的选择由设计者自行决定；然而，电流激励可以提供更好的抗噪性，通常是嘈杂工业环境中的方法。大多数为 RTD 应用设计的delta-sigma (ΔΣ) 转换器包括一个或多个用于 RTD 激励的内部电流源。因此，电流激励似乎比电压激励更常见。我们还将很快讨论使用电流激励时更容易补偿 RTD 引线电阻误差。
引线和接线电阻与 RTD 电阻串联，并在我们的测量中引入误差。假设一个 100 Ω RTD 通过一根 10 英尺长的导线连接到测量系统，该导线的电阻为 1 Ω（在 0 °C 时），与传感器的每根引线串联，如图 2 所示。
在这种情况下， ADC（模数转换器） “看到”的总电阻 在 0 °C 时为 102 Ω。考虑到 RTD 的温度系数为 0.385 Ω/°C，接线电阻会引入 5.2 °C 的误差。实际上，传感器可以离测量系统更远，从而导致更大的误差。此外，由于布线电阻随温度而变化，因此误差不是恒定的并且不容易被修整。
图 2 所示的简单布线配置称为双线配置。其他两种布线技术，三线和四线配置，使我们能够补偿布线电阻误差。两线配置是三个可用选项中简单和不准确的。请注意，导线电阻还会在图 1(a) 中使用电压激励的电路中产生误差。
三线配置如图 3 所示。
此配置需要三根电线将传感器连接到测量设备。红线显示从测量系统到 RTD 再到系统接地的电流路径。假设 ADC 输入呈现高阻抗，则没有电流流过节点 A 和 B 之间的导线。因此，这两个节点处于相同电位，即 V wire2 = 0。应用基尔霍夫电压定律，出现在ADC 输入被发现为：
VADC=?Vwire2+Vrtd+Vwire3=Vrtd+Vwire3VADC=?Vwire2+Vrtd+Vwire3=Vrtd+Vwire3
在这种情况下，只有一根导线的电阻会在 ADC 输入端产生误差电压。假设导线具有相同的电阻，上述配置将导线电阻误差减少了两倍。图 4 显示了如何将三线配置与电压激励 RTD 一起使用。
同样，没有电流流过 R wire2，ADC 检测 RTD 两端的电压加上 R wire3两端的电压。这将布线电阻误差减半。
图 5 显示了另一种具有恒流激励的三线配置。
在这种情况下，使用两个匹配的电流源来完全消除导线电阻误差。应用基尔霍夫电压定律，我们有：
VADC=VWire1+Vrtd?VWire2VADC=VWire1+Vrtd?VWire2
假设电流源和导线电阻相同（Iexc1=Iexc2andRwire1=Rwire2），相同的电压降出现在 R wire1和R wire2，我们有 V ADC = V rtd。因此，ADC测量的电压消除了导线电阻误差。两个激励电流的总和通过第三根导线无害地流向系统地。一些针对 RTD 应用的 ADC，例如Analog Devices 的AD7711 ，提供匹配的电流源以促进上述三线配置。
图 6 显示了包含两个匹配的 200 μA 电流源的AD7711的功能框图。
图 5 中的电路假定两个电流源相同。两个电流源之间的任何不匹配都会导致布线电阻将误差引入系统。解决此问题的一种方法是交换输入之间的两个电流。然后对从这两种配置获得的电压进行平均，以消除电流失配误差。让我们推导方程式以充分理解该技术的工作原理。首先，考虑图 5 中所示的情况并假设电流源不相等。ADC 测得的电压如下：
VADC1=Rwire1Iexc1+RrtdIexc1?Rwire2Iexc2VADC1=Rwire1Iexc1+RrtdIexc1?Rwire2Iexc2
如果我们交换两个输入之间的两个电流源（图 7），我们将获得一个新的测量值：
VADC2=Rwire1Iexc2+RrtdIexc2?Rwire2Iexc1VADC2=Rwire1Iexc2+RrtdIexc2?Rwire2Iexc1
对两次测量取平均值，我们得到：
VADC,ave=Iexc1+Iexc22(Rwire1?Rwire2+Rrtd)VADC,ave=Iexc1+Iexc22(Rwire1?Rwire2+Rrtd)
如果导线电阻相同Rwire1=Rwire2，上式可简化为：
VADC,ave=Iexc1+Iexc22×RrtdVADC,ave=Iexc1+Iexc22×Rrtd
该等式与布线电阻无关。一些 ADC，例如ADS1220，其设计着眼于 RTD 测量要求，包括一个多路复用器以交换内部电流源。图 8 显示了使用 ADS1220 的具有电流交换（或斩波）功能的三线 RTD 测量图。
采用三线配置，可以使用两个匹配的电流源来消除线电阻误差。电压激励三线 RTD 怎么样？在这种情况下，是否有一种简单的方法可以完全消除导线电阻误差？我们在上面讨论过，电压激励三线电路仅将线电阻误差减半。我们可以使用下面描述的修改图（图 9）来消除导线电阻误差。
在这种情况下，集成了一个模拟开关，使我们能够测量节点 B 和 C 的电压。节点 B 的电压由以下等式给出：
VB=VA=Vrtd+Vwire3VB=VA=Vrtd+Vwire3
节点 C 处的电压可由下式获得：
VC=?Vwire1+Vrtd+Vwire3VC=?Vwire1+Vrtd+Vwire3
假设导线电阻相同，我们可以得出结论 V wire3 = -V wire1。因此，等式 2 简化为：
VC=Vrtd+2Vwire3VC=Vrtd+2Vwire3
结合等式 1 和 3，我们得到：
Vrtd=2VB?VC
如您所见，可以通过测量 V B和 V C来准确测量 RTD 上的压降。虽然这种技术允许我们补偿导线电阻误差，但它需要额外的硬件并增加了测量的复杂性。包含匹配电流源的 ADC 提供了一种消除导线电阻误差的便捷解决方案。这就是为什么在 RTD 应用中电流激励比电压激励更常见的原因之一。
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