常用鉑熱電阻PT100是一種具有正溫度系數(shù)的感溫傳感器，即隨溫度升高，傳感器自身阻值呈正相關(guān)的變化，如圖1，被測(cè)對(duì)象的溫度每上升1℃，PT100的阻值隨之增加0.385Ω，在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi)，鉑熱電阻PT100良好的線性度，為開發(fā)者開發(fā)提供了高精度測(cè)量的保障，這是PT100應(yīng)用廣泛的原因之一。

 

圖1 PT100曲線

 

PT100可作為高精度測(cè)溫傳感器，功能優(yōu)異，但是在工業(yè)環(huán)境復(fù)雜的情況下，傳感器冗長(zhǎng)的導(dǎo)線會(huì)帶來線阻抗，這對(duì)于0.385Ω/℃，若想保證0.1度的精度，即需要保證線阻抗引來的誤差必須小于38.5mΩ，而為了不引入傳感器PT100自身熱效應(yīng)帶來的誤差，PT100的恒流源電流一般設(shè)置在0.1mA~1mA，若恒流源設(shè)置在1mA，由式1.1計(jì)算可得，誤差電壓須小于38.5uV，這是排除噪聲影響下的估算。

 

（1.1）

 

因此，想要得到高精度測(cè)溫效果，必須消除傳感器線阻抗帶來的誤差影響，行業(yè)內(nèi)一般接線有三種方式，如表1。

 

表1 PT100通用接法

 

由表1可以看出，兩線制接法線阻抗誤差最大，且無法排除；四線制接法也稱開爾文氏接法，最為精準(zhǔn)且簡(jiǎn)單，但是需要接口資源比較多；三線制接法可以通過計(jì)算排除線誤差，節(jié)約接口資源，但是需要三根線等阻抗，這也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。

 

針對(duì)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，客戶對(duì)于高精度測(cè)溫產(chǎn)品的需求，ZLG致遠(yuǎn)電子推出一款雙通道高精度熱電阻PT100隔離測(cè)溫模塊TPS02R，可以實(shí)現(xiàn)在-200℃~850℃的區(qū)間內(nèi)測(cè)量精度為0.02%±0.1℃，10ppm低溫漂指標(biāo)。

 

圖2 三線制接法運(yùn)用

  

如圖2，三線制接法采集電壓信號(hào)，由后端PGA提供增益放大，經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)給MCU處理，由于A，B，C三線均存在線阻抗RL1，RL2，RL3。這里可以通過安裝標(biāo)準(zhǔn)三線制PT100，可保證：

 

（1.2）

 

恒流源流經(jīng)共模電阻R，為ADC提供一定的共模電壓，ADC差分輸入通道分別測(cè)量AB，AC兩端電壓,。已知：

 

（1.3）

 

結(jié)合式1.2，經(jīng)過計(jì)算處理：

 

（1.4）

 

通過式1.4，可以得到完全消除線阻抗誤差的PT100測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)高精度溫度測(cè)量。三線制接法可以在實(shí)現(xiàn)與四線制相同測(cè)量精度的同時(shí)，節(jié)省出一個(gè)接線端子，這對(duì)于對(duì)用戶開發(fā)小型化產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)很大，三線制接法只要保證A，B，C等阻抗，即可保證線阻抗的引入誤差基本可忽略不計(jì)。

 

ZLG致遠(yuǎn)電子TPS02R在三線制接法的基礎(chǔ)上，對(duì)恒流源做優(yōu)化處理，利用運(yùn)放負(fù)反饋原理，提高恒流源穩(wěn)定性，并為ADC輸入提供一定共模電壓，為ADC差分測(cè)量提供保證，并賦予監(jiān)測(cè)報(bào)警功能。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如表2。

 

表2 ZLG測(cè)溫方案驗(yàn)證數(shù)據(jù)

 

 

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