介紹一下在工業(yè)領(lǐng)域非常常見且重要的溫度傳感器——PT100。

一、PT100 是什么？

PT100 是一種鉑熱電阻溫度傳感器。它的名稱揭示了其核心特性：

PT： 代表其敏感元件由鉑（Platinum）制成。鉑是一種貴金屬，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、重復(fù)性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

100： 代表它在 0°C 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻值為 100 歐姆（Ω）。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PT100 就是利用高純度鉑絲的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的。這種變化關(guān)系非常穩(wěn)定且近乎線性，使得PT100能夠提供高精度的溫度測(cè)量。

二、工作原理

其核心工作原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻-溫度效應(yīng)：絕大多數(shù)金屬的電阻值會(huì)隨著溫度的升高而增加，隨著溫度的降低而減小。

對(duì)于鉑這種金屬，其電阻值與溫度之間的關(guān)系（尤其是在 -200°C 至 +850°C 的范圍內(nèi)）可以用一個(gè)非常的公式來(lái)描述（例如 Callendar-Van Dusen 方程）。在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的電阻-溫度分度表來(lái)查詢不同電阻值對(duì)應(yīng)的具體溫度。

三、主要技術(shù)特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1.高精度和高穩(wěn)定性： 這是PT100的優(yōu)點(diǎn)。其長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重復(fù)性誤差非常小，適合需要測(cè)量的場(chǎng)合。

2.寬測(cè)量范圍： 通常可測(cè)量 -200°C 至 +850°C 的范圍，某些特殊結(jié)構(gòu)的PT100甚至能到+1000°C以上。

3.良好的線性度： 其電阻與溫度的關(guān)系曲線比熱電偶等其他傳感器更接近直線，這使得信號(hào)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。

4.互換性好： 由于是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，不同制造商生產(chǎn)的符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PT100可以相互替換，無(wú)需重新校準(zhǔn)系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

1.成本較高： 相比于熱電偶和熱敏電阻（NTC/PTC），其制造成本更高，因?yàn)槭褂昧速F金屬鉑。

2.需要外部激勵(lì)： 需要提供一個(gè)恒流源或恒壓源來(lái)激勵(lì)傳感器，通過(guò)測(cè)量其上的電壓降來(lái)推算電阻值，從而得到溫度。這增加了電路的復(fù)雜性。

3.自熱效應(yīng)： 激勵(lì)電流流過(guò)傳感器時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量（I2R），可能導(dǎo)致測(cè)量值略高于實(shí)際溫度。因此，需要選擇適當(dāng)?shù)募?lì)電流大小（通常為1mA或更小）來(lái)小化這種影響。

四、接線方式（2線、3線、4線制）

這是PT100應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵概念，不同的接線方式旨在消除引線電阻對(duì)測(cè)量精度的影響。

2線制：

●方式： 兩根導(dǎo)線同時(shí)用于提供激勵(lì)電流和測(cè)量電壓。

●缺點(diǎn)： 引線本身的電阻（R_lead）也會(huì)被測(cè)量進(jìn)去，導(dǎo)致測(cè)量值 R_measured = R_PT100 + 2 * R_lead，精度。

●應(yīng)用： 用于對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合，或者引線非常短的情況。

3線制（常用）：

●方式： 使用三根相同材質(zhì)、相同長(zhǎng)度和粗細(xì)的導(dǎo)線。其中兩根用于提供激勵(lì)電流，第三根用于測(cè)量電壓。

●原理： 通過(guò)電路設(shè)計(jì)（通常是惠斯通電橋），可以假設(shè)三根引線的電阻相等，從而抵消兩根電流引線電阻帶來(lái)的誤差。

●優(yōu)點(diǎn)： 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中常見，能在成本和精度之間取得良好平衡，有效減少引線電阻的影響。

4線制（精度）：

●方式： 使用兩根導(dǎo)線專門為PT100提供激勵(lì)電流，另外兩根導(dǎo)線專門用于測(cè)量PT100兩端的電壓。

●原理： 由于高阻抗的電壓測(cè)量回路中幾乎沒有電流，因此引線電阻上的壓降可以忽略不計(jì)。電壓表測(cè)量到的是非常純凈的PT100自身電阻產(chǎn)生的壓降。

●優(yōu)點(diǎn)： 完全消除了引線電阻的影響，可實(shí)現(xiàn)精度的測(cè)量。

●應(yīng)用： 實(shí)驗(yàn)室、計(jì)量校準(zhǔn)等對(duì)精度要求極高的場(chǎng)合。