一、Pt100使用背景
在工業生產過程中，室溫始終是一個非常重要的化學參數。 溫度的測量和控制直接關系到安全生產、產品質量、生產效率、節能等重大技術經濟指標。 因此，它被廣泛應用于國民經濟的各個領域。 受到了廣泛關注。 體溫測量儀器作為體溫檢測工具被廣泛使用。 傳統體溫檢測儀器由于響應慢、精度低、可靠性差、效率低，早已無法適應快速發展的現代工業。 隨著傳感技術和電子檢測技術的快速發展，基于單片機的嵌入式系統在工業現場得到了廣泛的應用。 新型電子測溫儀器操作簡單，但其精度較傳統儀器大大提高。 目前工業生產現場應用最廣泛的溫度傳感器主要是熱電偶和熱電阻。 例如，鉑熱電阻Pt100是應用最廣泛的傳感器之一。
2. Pt100的特點
鉑內電阻是用很細的鉑絲（Ф0.03～0.07mm）纏繞在云母支架上制成的，是國際公認的高精度測溫標準傳感器。 由于鉑內電阻即使在氧化性介質中低溫下其化學和化學性質也非常穩定，因此具有精度高、穩定性好、性能可靠的特點。 因此，鉑內電阻廣泛應用于介質溫度范圍（-200～650℃）。 目前，市場上有金屬鉑制成的標準測溫熱電阻，如Pt100、Pt500等。 其內部電阻-溫度關系的線性度非常好，如圖1所示是其電阻-溫度關系曲線，在-200至650℃的溫度范圍內線性度已經非常接近于直線。 鉑內阻阻值與溫度的關系可近似用以下公式表示：
0～650℃范圍內：
Rt=R0(1+At+Bt2)
-190～0℃范圍內：
Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)
式中，A、B、C為常數，
A=3.96847×10-3；
B=-5.847×10-7；
C=-4.22×10-12；
Rt為溫度為t時的電阻值； R0是溫度為0℃時的電阻值。 以Pt100為例，該型號的鉑熱電阻，R0等于100Ω，即當環境濕度等于0℃時，Pt100的電阻為100Ω。 當體溫變化時，Pt100的內阻也急劇變化，通過上述內阻-空氣溫度表達式可以估算出相應的體溫。 在實際應用中，通常采用單片機來估算體溫，因為表達式比較復雜，用單片機來處理這樣的估算過程會占用大量的資源，程序編譯為也比較復雜，所以一般都是先查表，然后通過注冊的方式換算室溫。
3、Pt100測溫原理
Pt100是電阻式溫度傳感器。 雖然溫度測量的本質是檢測傳感器的內阻，但一般是將內阻的變化轉換為電流或電壓等模擬信號，然后將模擬信號轉換為數字信號，然后進行處理。 該裝置轉換相應的體溫。 使用Pt100檢測溫度通常有兩種選擇：
1、通過Pt100熱電阻設計恒流源，通過測量Pt100上電流的變化來換算室溫；
2.使用惠斯登電橋，電橋的四個電阻中三個是恒定的，另一個使用Pt100熱電阻。 當Pt100的內阻發生變化時，在測試端形成電位差，由電位差換算出室溫。
兩種方案的區別僅在于信號采集電路，其原理基本相同，如圖2所示。
如圖3所示，它采用公司的78E51單片機作為處理器，并采用恒流源作為信號采集電路測溫方案。 恒流源通過Pt100熱電阻，溫度變化引起Pt100內阻的變化，產生電流的變化，經AD放大采用后，送至單片機進行處理，并換算出相應的體溫。 為了滿足高精度、寬阻值的溫度測量要求，AD轉換芯片采用12位串行AD芯片。
4、提高Pt100測溫精度的解決方案
4.1 通過改進Pt100接線方法補償偏差
鉑熱電阻的使用通常有三種連接方法，即兩線連接、三線連接和四線連接。 如圖4所示，不同的連接方式適合不同的精度要求。
圖4 三種接線方式
1、兩線制連接：如圖4(a)所示，這種連接不考慮Pt100電纜的內阻，將A/D采樣端與電壓源的負輸出端連接。 這些連接方式是因為沒有考慮測溫電纜的內阻，所以只能應用于測溫距離比較短的場合。
2、三線接法：如圖4(b)所示，這種接法減少了A/D采樣所用的補償線，三線接法消除了連接線內阻帶來的檢測偏差。 這些連接適用于介質溫度測量距離較遠的情況。
3、四線接法：如圖4(c)所示，這種接法不僅減少了A/D采樣補償線，還增加了一條A/D對地補償線，可以進一步減少檢測偏差，可用于測溫距離較遠的場合。 如果只考慮精度的話，采用四線連接方式的效果是最好的。
4.2 通過檢測采樣信號來減少隨機偏差
由于外界干擾或個人不可預測的原因，模擬量受到干擾后，A/D轉換后的結果與真實值存在偏差，可能會出現一些隨機偏差。 如果只采樣一次，很難判斷結果是否可靠。 信。 A/D轉換的數據序列必須經過多次采樣才能得到，經過軟件算法處理后才能得到有效性較高的結果。 這些方法都是數字檢測。
圖5 去極值平均檢測程序流程圖
混頻器是一種電子設備，可以傳遞有用的頻率信號，同時抑制（或大大衰減）不需要的頻率信號。 它可分為模擬調音臺和數字調音臺。 模擬混頻器是主要由R、L、C等無源器件組成的混頻電路，或者是集電極、R、C組成的有源混頻器。數字檢測是利用軟件算法實現混頻。 數字混合的前提是對相同的數據進行多次采樣。 單片機系統中通常有以下幾種方法：
1、中值檢測：通常取5或7個樣本，排序后取中值。
2、算術平均混頻：通常采樣8次電阻的測量觀課報告，計算平均值。
3、去極值平均混合：去除最大值和最小值后，通常采樣10次或12次取平均值。
4、加權平均混頻：各加權系數之和為1。
5、滑動平均混合：將本次的采樣值與前n次的采樣值進行平均。
數據混合方法的選擇取決于現場環境和測量對象。 在該系統中，使用了去極值混合。 算術平均混合不能消除顯著的脈沖干擾或粗偏差，而只能消除其影響。 被削弱了。 明顯的干擾或粗大偏差使得采樣值與其實際值相差甚遠，可以很容易地消除，并且不參與平均值估計，從而使平均混合頻率的輸出值更接近真實值。 以去極值平均混頻為例，程序流程圖如圖5所示。算法原理如下：對于溫度信號對應的當前采樣值，連續采樣n次，累加求和，并同時找出最大值和最小值，然后將累加和除以最大值和最小值，按n-2個采樣值的平均值即為有效采樣值。
4.3 通過配準算法標定Pt100的非線性
根據Pt100的特性，雖然Pt100的線性度比較好，但由于其體溫-電阻函數關系不是線性的，因此用單片機運算需要花費較多的資源和時間。 一般情況下，室溫是通過查表和線性配準算法進行尺度變換來估計的。 除了計算速度快、占用單片機內部資源少之外，還能在一定程度上對Pt100進行線性化，從而達到非常精確的測溫效果。 查表時，首先在單片機ROM區建立內部電阻-溫度分度表，在測量值范圍內均勻選擇幾個校準點。 標定點越多，表格越大電阻的測量觀課報告，對系統的描述越準確。 。 Pt100 鉑內阻氣體溫標可從 Pt100 制造商處獲得。 考慮到單片機的程序存儲空間資源和實際檢測精度要求，不需要每隔一攝氏度取一個校準點，根據精度要求選擇合適的。 溫度區間。 例如，在-200～650℃范圍內，每5℃校準一次Pt100的內阻值，即共171個校準點，記為R[i]，對應的溫度記為T[i]，i取0～170。
圖6 配準算法示意圖
如圖6所示，使用線性配準算法進行尺度變換時，按順序查表測量值Rx，與校準點R[i]進行比較，確定間隔R[i]
Tx=T[i]+((Rx-R[i])/(R[i+1]-R[i]))*(T[i+1]-T[i]) 每 5 °C校準一個內阻值，所以T[i+1]-T[i]=5，即：
Tx=T[i]+5*(Rx-R[i]/R[i+1]-R[i])
【例】：現A/D采樣混頻得到的Pt100電阻值為Rx=112.68Ω，求此時被測物體的溫度
度TX。
解：已知Rx=112.68Ω，
表R[46]
R[46]=111.67Ω，R[47]=113.61Ω，
T[46]=30℃，
代入式2可得：
Tx=T[46]+5*(Rx-R[46])/(R[47]-R[46])=30+5*(112.68-111.67)/(113.61-111.67)=32.60
答：此時被測物體的溫度Tx為32.60℃。