铂电阻Pt100与温度测试

时间：2012-10-19 来源：38hot 作者：lymex

4、测试电阻自己换算
对于很多不具备温度直接测试，但具有4线电阻功能的万用表，例如34401A、8845A，可以先用万用表高精度的4线法测试Pt100电阻，然后采集下来自己搞换算，得到温度。例如34401A测试100欧可以分辩6位，这对于测试温度足够了：

带入Excel，得到温度为5.074度。

最小位加一，温度增大了0.0003度，这就是末位分辩对温度的影响。因此，假若用5.5位表测试电阻，换算成温度分辩为0.003度。当然要注意，Pt100的标准测试电流是1mA，因此万用表测试的时候，要采用低功耗模式，或者用1k档，这样才能不使Pt100因为自热产生误差。

自己测试电阻要注意，通过Pt100的标准电流是1mA，这样在100欧下耗散的功率是0.1mW，不至于有显著的自热，电压100mV附近也便于测试。千万不能使用10mA的测试电流（例如TR6581、TR6581的缺省电阻100欧档）。如果采用TR6581测试Pt100，要手动切换到1k电阻档。

E、Pt100测试误差来源
按照过程看，误差可以分成以下几部分：

1、温度-电阻转换误差
2、电阻-电压转换误差
3、电压-数字化误差
4、运算、显示等误差

具体误差来源
1、Pt100本身参数与标准值有差距
2、检测、标定误差
3、老化、电阻变化、检定日期过期
4、引线误差
5、热电动势影响、接触点脏污
6、自热影响
7、测试均温时间不足
8、测试电阻不准确，含接法错误、引线电阻过大、电路不理想
9、测试环境恶劣，外接电磁、震动等干扰
10、测试温度超出Pt100本身的允许范围
11、换算误差、采样误差

七、Pt100的检定、标定、验证和修正

Pt100的检定，只能通过专业计量单位进行，其遵循的规程见参考资料。

业余条件下进行验证，可以在0度和100度两点温标进行。0度用冰水混合物，或者用雪水混合物更好一些，冰/雪可以用冰箱自己制备，容器大一些以便把传感器全部浸泡，稳定后用万用表按照常规精密测试电阻的方法读数。

100度的温度自然就是沸水，试验时注意安全，最好用电水壶，烧的时间长一些，多做一些读数以便观察是否稳定。

水是否纯净对冰点和沸点都有一定的影响。例如0.2%的氯化镁会降低冰点0.1度，0.16%的氯化钠会降低冰点0.1度，0.21%的氯化钙会降低冰点0.1度，1%的硫酸会降低冰点0.1度。
同样，杂质对水的沸点也有影响，例如5%的醋酸沸点100.1度，5%的硫酸沸点101度。因此，如果要求严格，可以考虑用蒸馏水。那种过滤的纯净水并不能滤除溶解物。
另外，气压对水的沸点影响较大，在标准大气压下，1%的气压变化会引起0.28度的沸点变化，气压越高则沸腾的温度也越高，而引起气压变化的因素，除了海拔高度外，更有天气等原因。因此，应该有个气压计才能对气压进行修正。

得到的0度的电阻，就是R0，理想值为100欧；
而得到的100度的电阻，减去R0再除上R0和100度，就是平均温度系数，理想值为0.003851欧/度。换句话说，如果一切理想，100度下的电阻为138.51欧。

但是，温度系数是有误差的。例如B级的温度系数误差为+-0.000012之内，即0.003851+-0.000012，也就是在0.003839到0.003863之间。因此假设某B级电阻在0度时正好为100欧，那么100度下也可能落入138.39-138.63范围内，这等价为0.3度的误差。

测试了自己的两个一长一短A级Pt100，长脚的0度偏差-0.02度，100度偏差0.09度；而短脚的0度偏差-0.13度，100度偏差0.17度。这两个即便不修正，也都在A级标准之内。

Pt100系数的修正
所谓修正，就是实际某个Pt100生产出来后，其实际参数与标准的参数（R0=100、A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12 ）有差异，因此要通过测试，得到实际参数，在计算的时候要引用实际参数的一个过程。
为了说明问题方便，给出一个夸张的例子，来看看如何进行修正。

如图，红色粗线为理想Pt100曲线，粉色线为R0偏离了100欧（为了表示方便取97欧），造成整个曲线下沉。但这不要紧，在Excel公式里已经考虑了这个修正。

另一方面，温度系数的不理想会造成曲线的斜率变化，例如蓝色细线（取0.00362），在高温下阻值偏小，而在低温下阻值偏大。

为了修正这一斜率误差，可以自己修改温度系数参数，然后重新生成自己对应的分度表，进行对应的计算。
也可以认为这种误差在整个温度范围内是线性的，这样也可以把误差进行线性分配。例如已知100度时偏差0.2度，那么就可以在计算的过程中分配下去，50度下就减去0.1度、-25度下就加上0.05度，150度下就减去0.15度。

如果有条件测试0度、50度和100度三点的温度，就可以通过拟合直接算出A、B两个参数（上述公式Rt/R0 = 1 + A*t + B*t^2）。例如对于上述“联合不理想曲线”，只需在Excel里做散点图，选择2次曲线拟合、显示公式：

拟合公式为：y = -5.41609E-05x2 + 3.56454E-01x + 9.71808E+01
这样我们就得到：
R0=97.181
A=0.35645
B=-5.4161E-5

对于负温度，如果能测试某个负温度下（例如-50度）的阻值，那么就可以直接算出C（公式Rt/R0 = 1 + A*t + B*t^2 + C*(t-100)*t^3），这样就可以把修正延伸到负温度场合。但是，这种修正非常难，因为C参数非常小，修正将更小。在-40度下，即便用正温度的2次公式，误差也不到0.001度，完全可以忽略。-50度下误差也就是0.02度，这已经超过绝大多数实验室环境下温度测量误差下限，因此修正C变得异常困难，也不必要了。
参考资料

三次方程的解法：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E6%AC%A1%E6%96%B9%E7%A8%8B
四次方程的解法：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9B%E6%AC%A1%E6%96%B9%E7%A8%8B

以下表格为2011年4月11日晚最后更新：
PT100分为两种精度，TYPE A 与TYPE B。A级的精度为0.15度+0.002t,B级的精度为：0.3度+0.005t.。也就是说PT100的线性度，只能满足其精度等级。
严格来说，每一只PT100的非线性度是不一样的。

也就是说，每一只PT100的A，B，C三个参数是不一样的。如上图公式。
在PT100出厂时，一般会给出三个点的参数（温度－－精确到0.01℃，电阻值－－精确到0.001欧）。如果要得到更准确的
测量值，就要根据厂家所给出的参数，解出A，B，C三个参数，然后根据所测量的电阻值，代入计算公式，计算此点的温度值。
目前所能见到的分度表，是指能A级或是B级精度的分度表。所以要得到更准确的温度值，不能简单的查找分度表，按分度表的线性来计算。

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