一、Pt100工作原理及其主要技术参数

Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为：

   （1）-200℃<t<0℃时，R_Pt100=100[1+At+Bt²+Ct³（t-100）]                         （1）

   （2）0℃≤t≤850℃时，R_Pt100=100（1+At+Bt²）                                 （2）

式中，A=3.90802×10^-3；B=-5.80×10^-7；C=4.2735×10^-12。

Pt100 温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│）， B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

二、电桥采集数据的电路图及原理

   Pt100电桥电路如图2所示。其中，R₁﹑R₂﹑R₃﹑R_Pt100组成电桥，R₁=R₂=R₃=R₀。为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求I_m<5mA，电桥电压V_brg=1V。电桥输出压差为：

 V_D=    （3）

令R_Pt100-R₀=ΔR，则有：

 V_D=                       

由Pt100温度/阻值对应关系式可知，当温度较低时，Pt100的阻值变化量ΔR相对于R₀较小，则电桥输出压差为： V_D=  ，即V_D正比于Pt100传感器的阻值变化量ΔR，也说明温度较低时，Pt100传感器的线性度良好；当温度较高时，ΔR/R₀的值较大，Pt100传感器的线性度变差，此时要用软件来较正。

三、测量中的定量计算及误差分析

1、运算放大器放大倍数的确定

由传感器的温度和阻值关系式可知，当温度变化1℃时，Pt100的阻值变化约为0.38W，对应的电桥输出压差为：V_D=  =0.001V。

若采用8位A/D转换器，分辨率为0.0196V，则运算放大器的最小放大倍数应为20倍。若测温的上限定为85℃ （倾点温度一般小于该温度）， Pt传感器在85℃时的理论阻值为132.8W，电桥电压为1V，则V_D= 0.08296V≈0.083V，即运放的{zd0}放大倍数为60.3。综合上述，可限定运放的放大倍数应在20～60之间。

2、误差分析

（1）桥电压V_brg=1V时波动产生的误差

从上面的分析可知，在某一温度时，Pt﹑R₀不变，设电桥电压有ΔV_brg（mV）的变化，就会导致V_D有  （mV）的变化。在0℃时，ΔR=5W，则V_D=  =0.013ΔV(mV)；若令ΔV_D=1mV，则ΔV=76mV，即0℃左右，电桥电压V_brg有76mV波动，会引起1℃的温度误差；同理在85℃左右，电桥电压有10mV的波动，则会引起1℃的温度误差。可见电桥电压V_brg=1V时的波动系数给对测温带来的误差是很大的，应将其电压波动限制在1mV的级别上。

（2）运放非线性产生的误差

由于运放的放大倍数应在20～60之间，可将放大倍数定为50；若测温范围是0℃～85℃，则在0℃时，V_D=13mV；在85℃时，V_D=99.5mV，说明输入信号的范围在13mV～99.5mV之间变化。以平均值50作为放大倍数，此时输入信号为13mV，换算出来的输入电压信号值为12.48mV，ΔV_D=-0.52mV，将会引起约1.5℃的误差。由此可见运放的非线性将会带来大约1.5℃的误差，在实际测量中，提高运放线性度以及运放放大倍数均可以减少由运放带来的误差。

（3）A/D转换器非线性带来的误差

在实际应用中会发现，对同一模拟输入信号V_i，经A/D转换得出的数字量会有±1位的跳变，这是由A/D转换器的判断误差造成的。A/D转换器的一位跳变对应的电压值，即为该八位A/D转换器的分辨率，为0.0196V=19.6mV；折算到输入端对应的电压值为0.392mV，将会产生0.392℃的温度误差。

（4）A/D转换器参考电压V_ref带来的误差

A/D转换器采用逐次逼近式转换器AD0809，其转换速度较慢，如果输入信号在转换过程中不断变化，则易发生错误，使用时应加采样保持器，且只对本次采样的信号进行转换，以确保转换信号可靠性。另外，在比较转换过程中，V_ref的变化会对输出的二进制代码有影响。在模拟输入信号不变的情况下，若V_ref变大，会导致输出的二进制代码变小；反之，则变大，从而导致了温度误差。