随着工业自动化和智能化的发展，温度检测在各个领域中扮演着越来越重要的角色。Pt100热电阻因其具有良好的稳定性和较高的测量精度，被广泛应用于各种温度测量系统中。本文围绕Pt100热电阻的测温原理展开研究，重点分析了其在实际应用中的电路设计方法，并结合具体实验验证了所设计电路的可行性与准确性。通过搭建模拟与数字相结合的测温系统，实现了对温度变化的实时监测与数据采集，为后续的温度控制系统开发提供了理论依据和技术支持。

关键词： Pt100热电阻；测温电路；温度传感器；信号调理；数据采集

一、引言

温度是衡量物质状态的重要物理量之一，在工业生产、科学研究以及日常生活等多个领域中具有广泛应用。为了准确获取温度信息，通常需要借助温度传感器进行测量。其中，Pt100热电阻是一种常用的温度传感元件，其阻值随温度变化而呈现线性关系，且具有较高的精度和稳定性，因此在高精度测温场合中具有显著优势。

本课题旨在通过对Pt100热电阻特性的深入研究，设计并实现一种结构合理、性能稳定的测温电路系统，以满足实际工程应用中对温度测量的高要求。

二、Pt100热电阻的基本特性

Pt100热电阻是一种以铂金属作为感温材料的电阻式温度传感器，其标称阻值在0℃时为100Ω，随着温度的升高，其电阻值呈正比增加。根据国际标准IEC 751，Pt100热电阻的温度-电阻关系可表示为：

$$ R_t = R_0 [1 + A t + B t^2 + C (t - 100) t^3] $$

其中，R₀为0℃时的电阻值（100Ω），t为温度（单位：℃），A、B、C为温度系数常数。

由于Pt100具有良好的重复性、长期稳定性和宽广的测温范围（通常为-200℃～+850℃），因此在精密测温系统中得到了广泛应用。

三、测温电路的设计思路

3.1 电路组成

基于Pt100热电阻的测温电路主要包括以下几个部分：

1. 温度传感模块：由Pt100热电阻构成，用于感知环境温度。

2. 信号调理电路：将Pt100的电阻变化转换为电压信号，并进行放大和滤波处理。

3. 模数转换模块（ADC）：将模拟信号转换为数字信号，便于后续处理。

4. 数据处理与显示模块：对采集到的数据进行处理，并通过显示屏或计算机界面展示温度值。

3.2 信号调理电路设计

由于Pt100的阻值变化范围较小，直接测量其阻值较为困难，因此通常采用电桥电路或恒流源方式进行信号提取。考虑到系统的精度和稳定性，本文采用恒流源供电方式，通过测量Pt100两端的电压变化来反映温度变化。

设计中使用运算放大器构成的差分放大电路，用于放大Pt100输出的微弱电压信号，并通过滤波电路去除噪声干扰，提高信噪比。

四、系统实现与实验验证

4.1 硬件搭建

本系统选用STM32单片机作为主控芯片，配合ADS1115模数转换芯片完成信号采集与处理。Pt100热电阻接入恒流源后，其输出电压经过放大与滤波后送入ADC模块，再由单片机进行数据处理与显示。

4.2 软件设计

软件部分主要实现以下功能：

- 初始化ADC模块，设置采样率和参考电压；

- 定时采集Pt100的电压信号；

- 对采集到的数据进行线性化处理，计算对应温度值；

- 将温度数据显示在LCD屏幕上或通过串口发送至上位机。

4.3 实验结果分析

通过实验室环境下的测试，系统能够准确地反映温度变化。实验表明，当温度从20℃升至60℃时，系统输出的温度值与实际温度之间的误差小于±0.5℃，满足一般工业应用的需求。

五、结论与展望

本文围绕Pt100热电阻的测温电路进行了系统研究与设计，完成了硬件电路的搭建与软件程序的编写，并通过实验验证了系统的可行性和准确性。结果表明，该测温系统具有良好的稳定性和较高的测量精度，适用于多种温度检测场景。

未来可以进一步优化电路结构，提升系统的抗干扰能力，并引入无线传输模块，实现远程温度监控功能，从而拓展其在物联网和智能控制领域的应用前景。

参考文献：

[1] 李明, 张强. 基于Pt100的温度测量系统设计[J]. 电子技术应用, 2019(3): 45-48.

[2] IEC 751:1983. Industrial platinum resistance thermometer and platinum temperature sensor elements[M].

[3] 刘洋. 嵌入式系统在温度测量中的应用研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2020.

[4] 高伟. 智能温度检测系统设计与实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2018.

附录：

- Pt100温度-电阻对照表

- 测温电路原理图

- 系统调试过程记录

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