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在工业控制、医疗设备等中温测量场景，Pt100 铂电阻凭借50℃~600℃范围内的高精度、强稳定性优势成为首选元件。

但将其电阻变化转化为可靠温度信号，电路设计与调试环节的细节把控直接决定测量精度。

本文结合两种典型测温电路的实践经验，拆解设计核心与调试技巧。

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Pt100 测温的核心难题与基础方案

Pt100 的电阻 - 温度特性呈非线性，0℃时电阻为 100Ω，且微小电阻变化（如 1℃对应约 0.385Ω 变化）需精准捕捉。

同时，导线电阻、电源波动、运放温漂等因素易引入误差，这就要求电路设计需解决三个核心问题：电阻信号的精确转换、非线性校正、干扰抑制。

常见解决方案分为两类：桥式测温电路通过电桥不平衡产生压差信号，适合中精度场景；恒流源式电路利用恒定电流产生压降，在宽温范围下稳定性更优。两种电路均需配合 TL431 等基准源提供稳定参考，结合运放放大 mV 级微弱信号后接入 AD 转换。

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桥式测温电路：原理拆解与调试实战

三线制桥式电路是工业场景的主流选择（图 1），由 TL431+VR1 构成 4.096V 精密基准源，R1、R2（均为 2kΩ）、VR2（100Ω 精密电阻）与 Pt100 组成测量电桥。

当 Pt100 电阻随温度变化时，电桥输出压差信号，经 LM324 差动放大后送入 AD 芯片。差动放大电路中 R3=R4、R5=R6，放大倍数由 R5/R3 比值决定，单 5V 供电即可满足需求。

三线制接法的关键价值在于导线电阻补偿，将 Pt100 两侧等长导线分别接入电桥两臂，抵消导线电阻随环境温度变化带来的误差。实测显示，在 10 米布线场景下，三线制比两线制接法误差降低 0.8℃以上。

1.基准电源的稳定性决定精度底线

初期调试曾直接采用 VCC 供电，网压波动导致输出信号偏差达 3mV（对应温度误差 2.5℃）。

改用 TL431 基准源后，配合 100nF 并联 RC 滤波（R=1kΩ，C=104），输出纹波控制在 50μV 以内。

需注意 TL431 分压电阻选用 0.1% 精度金属膜电阻，否则温漂会超过 100ppm/℃。

2.放大电路的反馈设计容不得错

曾轻信他人 “正反馈才能正常工作” 的错误建议，导致电路振荡烧毁运放。实际差动放大必须采用负反馈，且需保证 R3=R4、R5=R6 的匹配精度（误差 < 1%），否则会引入共模干扰。

调整放大倍数时，建议优先改变 R5 阻值，R3 保留 1kΩ 基础值以平衡噪声与增益。

3.零点校准的操作细节

VR2 可采用精密电位器实现零点偏移调节，例如将其调至 109.885Ω 时，零点可设定为 25℃。

但校准必须在电位器脱离电路时进行，接入电路后测量的阻值会因桥臂分流产生 5%~8% 偏差。

校准后建议用环氧树脂封固电位器，避免振动导致阻值漂移。

4.实际输出信号的修正计算

理论上输出电压 = 压差 × 放大倍数，但实测偏差明显。正确计算公式为：

式中电阻值需在电路通电稳定后实测，因元件温升会导致 R1、R2 阻值变化约 0.1%/℃。

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恒流源式电路：高精度场景的优化选择

恒流源式电路（图 3）通过 LM358 运放 U1A 将 4.096V 基准转换为恒定电流，流经 Pt100 产生的压降经 U1B 放大 10 倍后输出。

根据运放虚地、虚断特性，恒流值 I=4.096V/R1，Pt100 压降仅与其电阻相关，不受导线电阻影响，在 - 50℃~600℃全量程精度比桥式电路高 0.3℃~0.5℃。

1.恒流值控制是核心

电流过大会导致 Pt100 自热升温，实测显示 1.5mA 电流时自热误差达 1.2℃，而 0.8mA 时误差可控制在 0.1℃以内。

设计时 R1 选用 3.3kΩ 精密电阻，将电流稳定在 1.24mA，兼顾信号幅度与自热影响。

2.运放供电的适配调整

单 5V 供电在温度波动超过 100℃时，输出会出现截波失真。改为 ±15V 双电源后，输出动态范围扩展至 ±12V，可覆盖 Pt100 全量程压降（0℃时 124mV，600℃时 390mV）。

若受限于供电条件，可在输出端增加钳位电路，避免信号超限。

3.输入阻抗的优化设计

运放 U1B 的输入阻抗直接影响测量精度，将 R2、R3 选用 470kΩ 高精度电阻后，输入阻抗提升至 100MΩ 以上，有效降低信号衰减。

同时在输入端并联 103 电容，滤除 1kHz 以上高频噪声，使输出纹波降低至 20μV。

4.扩展方案参考

TL431 datasheet 中记载了更简洁的恒流源方案：通过 TL431 与 2kΩ 电阻串联，可直接输出 2.5mA 恒流，配合 3.3kΩ 限流电阻即可适配 Pt100。

但该方案需增加一级射随器隔离，否则负载变化会导致电流波动超过 5%。

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非线性校正与系统优化策略

（一）校正方案的选型与实现

Pt100 的非线性误差在低温段较小（0℃~200℃误差 < 0.2%），高温段逐渐增大（600℃时误差达 1.5%）。

模拟校正电路简单但温漂敏感，实际项目中均采用数字化校正：将 - 50℃~600℃范围内的电阻 - 温度对应关系按 1℃间隔采样，存入 EEPROM 构建 lookup table，AD 实测值通过二分法查表获取温度，配合线性插值将分辨率提升至 0.1℃。

对于高精度需求，可采用 Callendar-Van Dusen 方程补偿：

通过 3 个校准点（0℃、100℃、200℃）拟合系数 A、B、C，校正后 600℃时误差可降至 0.2% 以内。

（二）系统级抗干扰设计

• PCB 布局优化：模拟电路与数字电路分区布局，基准源远离功率器件；Pt100 信号线采用屏蔽双绞线，屏蔽层单端接地。

• 滤波措施：在 AD 输入端增加二阶 RC 低通滤波（R=10kΩ，C=104），截止频率 16Hz，可滤除工业环境中的 50Hz 工频干扰。

• 电源隔离：采用线性稳压器（如 AMS1117-5.0）为运放和基准源单独供电，与数字电路电源通过磁珠隔离，降低电源噪声耦合。

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两种电路的选型与实战对比

实际项目中，若布线距离≤5 米且精度要求一般，优先选择桥式电路；若需全量程高精度或长线传输，恒流源式电路更具优势。

Pt100 测温电路的设计调试是 “细节决定成败” 的典型场景：基准源的温漂控制、运放反馈的接线方式、恒流值的精准设定，每一个环节的疏忽都可能导致精度不达标。

本文总结的两种电路方案均经实际项目验证，通过合理选型元件、严格校准流程、优化抗干扰设计，可满足绝大多数中温测量需求。

硬件设计从来不是理论的照搬，唯有结合实测不断迭代，才能打造出稳定可靠的测温系统。