PT100溫度變送器的正溫度系數補償
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摘要：本文回顧了通用溫度傳感器的主要特性，重點介紹RTD PT100溫度變送器，并提供了一種簡單的方法對PT100輸出信號進行線性化處理和調理。
溫度是非常重要的物理參數，熱電偶和熱敏電阻(RTD)適合大多數高溫測量，但設計人員必須為特定的應用選擇恰當的傳感器，表1提供了常用傳感器的選擇指南。
表1. 傳感器特性
| Feature | Thermocouple | RTD |
| Response time | Better | |
| Maximum temperature | Higher | |
| Ruggedness | Better | |
| Cost efficiency | Better | |
| Accuracy | Better | |
| Long-term stability | Better | |
| Standardization | Better |
RTD具有較高的精度，工作溫度范圍：-200°C至+850°C。它們還具有較好的長期穩定性，利用適當的數據處理設備就可以傳輸、顯示并記錄其溫度輸出。因為熱敏電阻的阻值和溫度呈正比關系，設計人員只需將已知電流流過該電阻就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據已知的電阻-溫度關系，就可以計算出被測溫度值。
電阻值隨溫度的變化稱為“電阻的溫度系數”，絕大多數金屬材料的溫度系數都是正數，而且許多純金屬材料的溫度系數在一定溫度范圍內保持恒定。所以，熱敏電阻是一種穩定的高精度、并具有線性響應的溫度檢測器。具體應用中選用哪一種金屬材料(鉑、銅、鎳等)取決于被測溫度范圍。
鉑電阻在0°C的標稱電阻值是100Ω，盡管RTD是一種標準化器件，但在世界各地有多種不同的標準。這樣，當同一標準的RTD用在不同標準的儀表設計中時將會產生問題。
表2. 鉑電阻RTD的公共標準*
| Organization | Standard | ALPHA (α): Average Temperature Coefficient of Resistance (/°C) | Nominal Resistance at 0°C (Ω) |
| British Standard | BS 1904: 1984 | 0.003850 | 100 |
| Deutschen Institut für Normung | DIN 43760: 1980 | 0.003850 | 100 |
| International Electrotechnical Commission | IEC 751: 1995 (Amend. 2) | 0.00385055 | 100 |
| Scientific Apparatus Manufacturers of America | SAMA RC-4-1966 | 0.003923 | 98.129 |
| Japanese Standard | JIS C1604-1981 | 0.003916 | 100 |
| American Society for Testing and Materials | ASTM E1137 | 0.00385055 | 100 |
*Sensing Devices, Inc.生產滿足上述標準的鉑電阻RTD。
鉑金屬的長期穩定性、可重復操作性、快速響應及較寬的工作溫度范圍等特性使其能夠適合多種應用。因此，鉑電阻RTD是溫度測量中最穩定的標準器件。以下公式描述了PT100 RTD的特性，顯然它的溫度與電阻呈非線性關系：
RT = R0(1 + AT + BT² + C(T-100)T³)
其中：
A = 3.9083 E-3
B = -5.775 E-7
C = -4.183 E-12 (低于0°C時)或0 (高于0°C時)。
表3是表格形式。
表3. 電阻/溫度表**，385鉑電阻，0°C時為100.0Ω
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| -100 | 60.26 | |||||||||
| -90 | 64.3 | 63.89 | 63.49 | 63.08 | 62.68 | 62.28 | 61.87 | 61.46 | 61.06 | 60.66 |
| -80 | 68.32 | 67.92 | 67.52 | 67.12 | 66.72 | 66.31 | 65.91 | 65.51 | 65.1 | 64.7 |
| -70 | 72.33 | 71.93 | 71.53 | 71.13 | 70.73 | 70.33 | 69.93 | 69.53 | 69.13 | 68.73 |
| -60 | 76.33 | 75.93 | 75.53 | 75.13 | 74.73 | 74.33 | 73.93 | 73.53 | 73.13 | 72.73 |
| -50 | 80.31 | 79.91 | 79.51 | 79.12 | 78.72 | 78.32 | 77.92 | 77.52 | 77.12 | 76.73 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| -40 | 84.27 | 83.88 | 83.48 | 83.08 | 82.69 | 82.29 | 81.9 | 81.5 | 81.1 | 80.7 |
| -30 | 88.22 | 87.83 | 87.43 | 87.04 | 86.64 | 86.25 | 85.85 | 85.46 | 85.06 | 84.67 |
| -20 | 92.16 | 91.77 | 91.37 | 90.98 | 90.59 | 90.19 | 89.8 | 89.4 | 89.01 | 88.62 |
| -10 | 96.09 | 95.69 | 95.3 | 94.91 | 94.52 | 94.12 | 93.73 | 93.34 | 92.95 | 92.55 |
| 0 | 100 | 99.61 | 99.22 | 98.83 | 98.44 | 98.04 | 97.65 | 97.26 | 96.87 | 96.48 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0 | 100 | 100.39 | 100.78 | 101.17 | 101.56 | 101.95 | 102.34 | 102.73 | 103.12 | 103.51 |
| 10 | 103.9 | 104.29 | 104.68 | 105.07 | 105.46 | 105.85 | 106.24 | 106.63 | 107.02 | 107.4 |
| 20 | 107.79 | 108.18 | 108.57 | 108.96 | 109.34 | 109.73 | 110.12 | 110.51 | 110.9 | 111.28 |
| 30 | 111.67 | 112.06 | 112.45 | 112.83 | 113.22 | 113.61 | 113.99 | 114.38 | 114.77 | 115.15 |
| 40 | 115.54 | 115.92 | 116.31 | 116.7 | 117.08 | 117.47 | 117.85 | 118.24 | 118.62 | 119.01 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 50 | 119.4 | 119.78 | 120.16 | 120.55 | 120.93 | 121.32 | 121.7 | 122.09 | 122.47 | 122.86 |
| 60 | 123.24 | 123.62 | 124.01 | 124.39 | 124.77 | 125.16 | 125.54 | 125.92 | 126.31 | 126.69 |
| 70 | 127.07 | 127.45 | 127.84 | 128.22 | 128.6 | 128.98 | 129.36 | 129.75 | 130.13 | 130.51 |
| 80 | 130.89 | 131.27 | 131.66 | 132.04 | 132.42 | 132.8 | 133.18 | 133.56 | 133.94 | 134.32 |
| 90 | 134.7 | 135.08 | 135.46 | 135.84 | 136.22 | 136.6 | 136.98 | 137.36 | 137.74 | 138.12 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 100 | 138.5 | 138.88 | 139.26 | 139.64 | 140.02 | 140.4 | 140.77 | 141.15 | 141.53 | 141.91 |
| 110 | 142.29 | 142.66 | 143.04 | 143.42 | 143.8 | 144.18 | 144.55 | 144.93 | 145.31 | 145.68 |
| 120 | 146.06 | 146.44 | 146.82 | 147.19 | 147.57 | 147.94 | 148.32 | 148.7 | 149.07 | 149.44 |
| 130 | 149.82 | 150.2 | 150.70 | 150.95 | 151.33 | 151.7 | 152.08 | 152.45 | 152.83 | 153.2 |
| 140 | 153.70 | 153.95 | 154.32 | 154.7 | 155.07 | 155.45 | 155.82 | 156.2 | 156.57 | 156.94 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 150 | 157.32 | 157.69 | 170.06 | 170.44 | 170.81 | 159.18 | 159.56 | 159.93 | 160.3 | 160.67 |
| 160 | 161.04 | 161.42 | 161.79 | 162.16 | 162.53 | 162.9 | 163.28 | 163.65 | 164.02 | 164.39 |
| 170 | 164.76 | 165.13 | 165.5 | 165.88 | 166.24 | 166.62 | 166.99 | 167.32 | 167.73 | 168.1 |
| 180 | 168.47 | 168.84 | 169.21 | 169.70 | 169.95 | 170.32 | 170.68 | 171.05 | 171.42 | 171.79 |
| 190 | 172.16 | 172.53 | 172.9 | 173.27 | 173.64 | 174 | 174.37 | 174.74 | 175.11 | 175.48 |
| °C | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 200 | 175.84 |
****RTD PT100表顯示了電阻與溫度之間的對應關系。
圖1. 2線連接時，由于引線電阻與RTD串聯，增大了電阻，會最終影響測量精度。
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