PT100热电阻测温原理与差分放大电路设计

1. PT100热电阻测温原理与行业背景

PT100作为工业测温领域最常用的铂电阻温度传感器，其核心原理是利用铂金属的电阻值随温度变化的特性。在0℃时阻值精确为100Ω，温度系数为0.3851Ω/℃。这种线性度好、稳定性高的特性，使其在-200℃~+850℃范围内成为工业测温的首选方案。

与热电偶相比，PT100无需冷端补偿，在中低温区（-200℃~400℃）具有更高的测量精度。但微弱的电阻变化（如1℃对应0.3851Ω）给信号调理带来挑战——当采用恒流源激励时，1mA电流下1℃变化仅产生385.1μV电压，极易被噪声淹没。这就是为什么需要高精度差分放大电路的关键所在。

2. 差分放大电路设计要点解析

2.1 三线制接法消除引线误差

工业现场通常采用三线制接法：两根导线承载激励电流，第三根导线测量电压。这种设计可抵消引线电阻带来的误差。具体实现时，需确保：

• 三条导线材质、长度、线径完全一致
• 导线电阻控制在1Ω以内（建议使用AWG22以上线径）
• 连接器接触电阻小于0.1Ω

2.2 仪表放大器选型关键参数

AD620、INA128等经典仪表放大器是理想选择，需重点关注：

• 输入偏置电流：<1nA（避免在采样电阻上产生附加压降）
• 共模抑制比(CMRR)：≥90dB（抑制电源噪声和环境干扰）
• 增益误差：<0.1%（保证温度换算精度）
• 温漂系数：<1μV/℃（保持长期稳定性）

实测案例：采用INA128时，增益G=1+49.4kΩ/Rg，当Rg取1.23kΩ时可获得41倍增益，正好将0.3851mV/℃信号放大到约15.8mV/℃输出。

3. 完整电路设计与实现步骤

3.1 恒流源设计

推荐使用REF200双路100μA电流源并联，构成200μA激励源。这能在PT100上产生：

• 0℃时：100Ω×200μA=20mV
• 100℃时：138.51Ω×200μA=27.702mV
  输出电压范围适中，且功耗控制在合理水平。

3.2 差分放大电路搭建

典型电路配置：

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