介紹一下在工業領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，具有化學性質穩定、耐腐蝕、重復性好、精度高等優點。

100： 代表它在 0°C 時的標準電阻值為 100 歐姆（Ω）。

簡單來說，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測量溫度的。這種變化關系非常穩定且近乎線性，使得PT100能夠提供高精度的溫度測量。

二、工作原理

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

對于鉑這種金屬，其電阻值與溫度之間的關系（尤其是在 -200°C 至 +850°C 的范圍內）可以用一個非常的公式來描述（例如 Callendar-Van Dusen 方程）。在實際應用中，我們通常使用國際標準化的電阻-溫度分度表來查詢不同電阻值對應的具體溫度。

三、主要技術特點

優點：

1.高精度和高穩定性： 這是PT100的優點。其長期穩定性和重復性誤差非常小，適合需要測量的場合。

2.寬測量范圍： 通常可測量 -200°C 至 +850°C 的范圍，某些特殊結構的PT100甚至能到+1000°C以上。

3.良好的線性度： 其電阻與溫度的關系曲線比熱電偶等其他傳感器更接近直線，這使得信號處理和數據計算相對簡單。

4.互換性好： 由于是標準化產品，不同制造商生產的符合國際標準的PT100可以相互替換，無需重新校準系統。

缺點：

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，因為使用了貴金屬鉑。

2.需要外部激勵： 需要提供一個恒流源或恒壓源來激勵傳感器，通過測量其上的電壓降來推算電阻值，從而得到溫度。這增加了電路的復雜性。

3.自熱效應： 激勵電流流過傳感器時會產生熱量（I2R），可能導致測量值略高于實際溫度。因此，需要選擇適當的激勵電流大小（通常為1mA或更小）來小化這種影響。

四、接線方式（2線、3線、4線制）

這是PT100應用中的一個關鍵概念，不同的接線方式旨在消除引線電阻對測量精度的影響。

2線制：

●方式： 兩根導線同時用于提供激勵電流和測量電壓。

●缺點： 引線本身的電阻（R_lead）也會被測量進去，導致測量值 R_measured = R_PT100 + 2 * R_lead，精度。

●應用： 用于對精度要求不高的場合，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、相同長度和粗細的導線。其中兩根用于提供激勵電流，第三根用于測量電壓。

●原理： 通過電路設計（通常是惠斯通電橋），可以假設三根引線的電阻相等，從而抵消兩根電流引線電阻帶來的誤差。

●優點： 在工業現場中常見，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： 使用兩根導線專門為PT100提供激勵電流，另外兩根導線專門用于測量PT100兩端的電壓。

●原理： 由于高阻抗的電壓測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。電壓表測量到的是非常純凈的PT100自身電阻產生的壓降。

●優點： 完全消除了引線電阻的影響，可實現精度的測量。

●應用： 實驗室、計量校準等對精度要求極高的場合。