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PT100就是一个热敏电阻，它的主要成分是铂，化学符号pt，也就传说中的白金，它的温度特性好，稳定性好，耐酸碱性好，所以被用来制作成了温度传感器，并在工业中有大量的应用，当然它的价格不便宜。PT100有一个标准的阻值温度对应表，在0度的时候，它的电阻值在100R，在常温25℃，它的电阻值是109.73R，我们可以通过测量它的电阻变化，就可以换算成温度，最简单的做法就是万用表测它的电阻值，然后查它的电阻温度表就可以转换成对应的温度，很简单吧。2 {4 R3 s" P6 `; J) Y1 `6 X
在智能化的今天，我们就不去用万用表测电阻，然后查表，再转换成温度。我们可以把这些繁琐的过程统统交给单片机来处理。测温原理还是一样的，都是测电阻，根据电阻值再换算成温度值。不过用单片机来处理可能步骤会多一些，比上面的要复杂些。
& Y, u& e# w3 C+ C2 j. B4 M测量方法的选择
9 q. o6 z, b0 `$ l4 `, XPt100在-50℃时，电阻值是80.31R，在0℃的时候，电阻值是100R，在100℃时，电阻值是138.51R，在200℃时，电阻值是175.86R，300℃时，电阻值是212.05R，在500℃时，电阻值是280.98R，如果我们的温度控制范围在-50℃ --- 500℃，可以看到电阻值的范围是80R --- 300R，其电阻变化是220R，温度变化是550多度，电阻每一欧姆变化大概对应2.5摄氏度的温度变化。对单片机来说，只能通过ADC来采集电压，所以要把电阻的变化转化成电压的变化，这样单片机才可以去识别，并转化成温度。电阻的测量方法有很多种，每一种都有不同的特点，常用的有（1）分压法，（2）恒流法，（3）电桥。3 C' v" l" |2 J/ }
（1）分压法：分压电路如下图，就是电阻分压，然后测量PT100上的电压变化量，这个变化量很小，所以一般要放大。这个电路的优点是原理简单可靠，测量精度有分压电阻决定。 ![]()
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8 u, _. O) d1 V; a. @* b1 B- n（2）恒流法：恒流法就是让流过pt100上的电流恒定，一般是1ma(因为1ma以上的电流会引起pt100发热)，这样再去测pt100上的电压，和分压法相比，它的测量精度由给定的恒流精度决定。
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（3）电桥法：电桥法如下图所示，其实上面的分压法本质也是电桥，不过是单桥，下面的是双桥，我们就用双桥来做pt100的测温吧。3 S2 ]; \% _1 i% o7 O# u
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) Z( _2 k! N0 y- I9 M, z2 G5 J我用的是STM32F030F4的3.3V的单片机，ADC的电压范围就是0-3.3v，AD是12位的，所以AD值的范围就是0 --- 4095，我的电桥是3.3V的电压，和 单片机的ADC电源用的同一个电压，如果想要更高精度的温度，可以用恒压源TL431或者更稳定的恒压源IC。6 [1 y3 Q0 G3 S( U1 g% W k
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) C; S% y2 b: {: T电路设计（1）电桥的设计参数选择：PT100电流要小于1ma，电桥电压是3.3V，所以电阻R1选用3K精度1%的电阻。这里尽量选择让流过pt100的电流在1ma附近，其实就是想让电压变化更大些，好方便采集。电桥的原理是比较两个分压电阻中间的电压值。，如果R1=R2，这时候，只有RPT=R3时，电桥才平衡，R3的电阻值就是RPT的电阻值。这个时候电桥是平衡的，后面的ADC的输入是0V，我们单片机采样得到的也是0，如果电桥不平衡，该怎样得pt100的电阻值呢？ n+ \( s/ P; S7 n' |! @3 t: J! ^
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（2）运放的参数设计：选择合适的放大倍数，首先要确定测温的范围，pt100的测温范围可以从-50-600度，我们要根据自己的实际需求确定温度范围，这样才能选择合适的放大备份，我这里选择的10倍的放大。运放的电阻选取要不干扰输出采集端的电压，前面的电桥电阻大概是110R左右，我这里选取是47k和470K的电阻，这样连接在采样的电桥上，几乎不会引起电桥上的分压电阻的电压值。这样要注意运放的+和-端口，别弄错了，我们这里采样的单相3.3V供电，切记。: q/ C9 S8 B4 g- w# t: A
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这样整个电路就确定下来了，下来我们来推算怎样实现电阻到温度的过程吧！我们把电桥看作两个分压电路，运放是放大分压电路的压差值，单片机采样时放大后的电阻值，所以有下面的公式：0 N. C; I9 N- I& |9 E: A
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VDD是电桥电压和AD的参考电压A是放大器的放大倍数，ADC是当前AD测量值ADC_MAX是ADC的最大范围值；
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理论上是可以直接通过上面的公式直接计算出当前的的电阻值的，然后根据这个电阻值查表就可以得到当前的温度值。从上面可以看到，测温的精度取决于R1,R3的电阻值，理论上讲是这样的，但是别忘了pt100上还有线电阻，通过上面的公式是消除不了的。 下面部分来讨论下怎样消除pt100的线电阻，有两种办法，（1）硬件上可以使用三线或者4线的pt100传感器。（2）软件上通过校准来消除pt100的线电阻。明显硬件的做法成本要高些，软件校准该怎样呢？还是按照上面的公式，我们来推导软件校准pt100消除线误差和接触误差。
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1，校准时，我们把上面的公式可以写成： ![]()
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2，测量时，那么公式就变成了这样：' o4 G" V# d; Z Y7 \( h
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3，如果假设![]() ，把上面两式相减就可以得到如下， ![]()
) t) |% m2 N6 x1 W0 U进一步简化就是：
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* _" R( I: U# k- `% b2 l最后就变成了这样：![]()
% p4 `1 ]7 e/ V' L 公式推导到这里，是不是有些明白了，![]() 就是PT100测温时的电阻值，![]() 就是校准时候的PT100的电阻值，![]() 就是当前温度下的温度变化值，这里已经和R3没有关系了，PT100上的线电阻在校准和当前温度下是一个固定值，也被减掉了，这样就消除了pt100的线电阻。 4，根据![]() 查表可以找到对应的![]() 的电阻值，所以，这个公式就变成了下面的这样：+ V+ Y( @) h* h& C* [
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上面就是pt100电阻测温时候的电阻值，根据这个电阻值查表，就可以得到当前温度了。7 K% G6 |6 ^% P9 | l
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5，根据![]() 查表，就可以知道![]() 的温度值。 上面是假设![]() ，温度增大的过程，反之则****是下面： ![]() - ?# Y6 }9 E6 Q3 N* u
这些就是多路pt100的温度校准，测温的过程的，后续待我把程序整理好了，会发布出来，这样方便大家的学习，共同的提高！ 可能第一次接触pt100的童鞋对上面的思路还不是很理解，没有关系，自己在纸上好好写写画画推导下，心里对这个过程有个大概的理解，后面我会整个开源一个小pt100的测温项目，用的是stm32f030f4的单片机。
1 q+ W0 e' e: e: }更多资料请点击下方 阅读原文 获取![]() ![]() 6 ^. A p5 k" D$ [, L, h1 l- {# N
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发表于 2019-10-10 15:24
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