PT1000是一种铂电阻温度传感器,其电阻在0°C时为1000Ω,其信号传输基于电阻随温度变化的原理,通过测量电阻值来推算出温度。以下是其核心工作原理和信号传输方式:
1. 工作原理:电阻-温度关系
PT1000的电阻值与温度之间的关系近似线性,遵循国际标准(如IEC 60751):
温度升高时,电阻值增加(正温度系数)。
在0°C时,标准电阻值为 1000Ω。
典型变化率约为 3.85Ω/°C(与PT100相同,但基准电阻更大)。
2. 信号传输方式
由于电阻变化微小(如温度变化1°C,电阻仅变化约3.85Ω),直接测量易受线路电阻干扰,因此需采用特殊电路设计:
(1) 二线制
最简单但精度最低:两根导线既供电又测量。
缺点:引线电阻(通常每根导线0.1~2Ω)会直接叠加到测量结果中,导致误差。
适用场景:对精度要求不高的短距离传输。
(2) 三线制
工业中最常用:增加一根补偿线,用于抵消引线电阻影响。
原理:通过桥式电路或专用测量电路,测量两根引线的电阻差,消除引线电阻的误差。
适用场景:大多数工业现场,兼顾精度和成本。
(3) 四线制
精度最高:使用两根导线提供恒定电流,另两根导线测量电压降(开尔文连接)。
优点:完全消除引线电阻影响,测量的是纯传感器电阻。
适用场景:实验室、高精度测量或长距离传输。
3. 信号转换与处理
激励电流:通过传感器施加一个微小恒定电流(通常0.1~1mA,避免自热效应)。
电压测量:测量传感器两端的电压降,根据欧姆定律 R=U/I计算电阻值。
温度计算:
通过查表(分度表)或公式计算温度。
常用公式(0~850°C范围):
Rt=R0(1+At+Bt2)
其中 R0=1000Ω,A=3.9083×10−3(负三次方),B=−5.775×10−7(负七次方)。
信号调理:
使用仪表放大器放大微小电压信号。
通过模数转换器(ADC)转换为数字信号,由微处理器处理。
传输接口:
模拟输出:直接输出与温度成比例的电压/电流信号(如4~20mA变送器)。
数字输出:通过RS485、I²C、SPI等协议传输数字温度值(需集成转换模块)。
4. 关键影响因素
自热效应:激励电流过大会导致传感器发热,需控制电流大小。
引线电阻:二线制误差最大,四线制可完全消除。
电磁干扰:长距离传输时需采用屏蔽线缆。
线性化:铂电阻的非线性需通过硬件或软件补偿。
应用示例
工业过程控制:三线制连接至PLC或温度变送器。
医疗设备:四线制确保高精度。
实验室校准:配合高精度电桥或测量仪使用。
总之,PT1000的信号传输本质是将温度变化转化为电阻变化,再通过电路转换为可测量的电信号,其精度高度依赖接线方式和信号调理电路的设计。
