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铂电阻温度传感器在测温系统中的应用
摘要：本文就铂电阻温度传感器在测温中的应用以及常出现的问题论述了铂电阻常用接线方式、测量方式、放大电路的设计方法及误差的原因及消减方法。
关键词：铂电阻温度传感器；接线方式；测量方式；放大电路；非线性影响
0引言
现代信息技术的三大基础是信息的提取、传输和处理技术，也就是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝都难以形成高精度、高反应速度的控制系统。传感器是测量装置和控制系统的首要环节，无论是信号转换还是信息处理，或者是最佳数据的显示和控制，都需要传感器对原始参数进行精确可靠的测量。本文结合自己设计的智能温度控制系统，简述传感器在测温系统中的应用及应该注意的问题。
1铂电阻温度传感器在测温中的应用
通常，传感器由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如图1所示。
敏感元件
被测量
传感元件
信号调节与转换电路
辅助电源
电量
图1传感器组成图

敏感元件——直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件；传感元件——又称变换器，它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件，有时也直接感受被测量，如热敏电阻和热电偶；信号调节与变换电路——能把传感器元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。
铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等，被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。由于铂电阻物理、化学能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测试元件或作为温度标准。按国际温标IPTS-68规定，在-259.34℃~630℃温域内，以铂电阻温度计作为基准器。
铂电阻与温度的关系，在0～630.74℃以内为
（1）
在-190℃～0℃以内为
（2）
——温度为t℃时的电阻；
——温度为0℃时的电阻；
t——任意温度；
式中A、B、C为常数，
A=3.96847×10-3；
B=-5.847×10-7；
C=-4.22×10-12；
铂电阻的温度曲线及常用理想化曲线如下图所示：

图2铂电阻温度曲线及其理想化曲线
PT100是铂电阻中常用的温度传感器，以下以PT100为例简述其应用。
2测温电路
常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。如下图所示。

A图单臂桥式B图恒流源式
图3测温电路结构
如A图所示为桥式测温电路，当、时（为0℃时PT100的阻值），U0的值为0V，当温度升高时PT100电阻升高，，电压差及非线性误差为
（3）
由（1）（2）（3）式即可求出温度。同理，B图所示的恒流源测温：
（4）
根据PT100的接线方式又可分为：两线制、三线制和四线制，详细如下。
两线制：传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。如图4所示，变送器通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2。

图4PT100两线制测温

图5两线制测温电路
三线制：要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。如下图所示，桥式测温中，由于2接输入阻抗非常大的运放的一端，流经2的电流可忽略不计，当R=Rt+r1时，电压的变化只和Rt有关恒流源电路中，
（5）
当A2=2A1，V0只和Rt有关。

图6三线制桥式测温及恒流源测温
四线制：是热电阻测温理想的接线方式。如图7，四线制不在使用桥式电路而是采用恒流源的方式，Pt100的四线分为恒流源动力引线和驱动引线两部分。Pt100恒流源驱动电路中PT1和PT4两条引线属于恒流源动力引线，负责将铂电阻传感器连接到恒流源，仪用放大电路中PT2和PT3两条引线输入传感引线，负责将铂电阻传感器的电压连接到放大电路。由此将驱动Pt100的恒流源与温度检测电路分开，保证即使PT1和PT4两条引线电阻出现压降也不会影响测量的准确性。

图7四线制测温
3放大电路
在测量或数据采集的应用中，被测量或采集的数据往往是传感器送来的。传感器的种类繁多，特性各异。有的输出是电阻、电