铂热电阻PT100的测量精度受温度影响非常大,而且这种影响是系统性的、可以预测和补偿的。
简单来说,PT100的精度并非一个固定值,而是随着温度变化的一个范围。它的核心影响因素是其自身电阻值与温度关系的符合度(即符合IEC 60751等国际标准的程度)。
下面我们从几个层面来详细解释:
1. 核心概念:精度等级(温度允差)
PT100的精度通常不用一个百分比来表示,而是用“温度允差”来定义。这意味着在某个温度范围内,其测量值与真实温度之间的最大偏差。国际标准IEC 60751明确规定了几个常见的精度等级:
精度等级 有效温度范围 允差公式 (±) 举例说明
Class A (A级) 0°C ~ +150°C 0.15°C + 0.002 | t | 在 0°C 时:±0.15°C
在 100°C 时:±(0.15 + 0.002*100) = ±0.35°C
Class B (B级) -30°C ~ +300°C 0.3°C + 0.005 | t | 在 0°C 时:±0.3°C
在 100°C 时:±(0.3 + 0.005*100) = ±0.8°C
Class 1/3 B (1/3 B级) -50°C ~ +150°C (1/3) * (0.3°C + 0.005 | t |) 在 0°C 时:±0.1°C
在 100°C 时:±(0.1 + 0.00167*100) ≈ ±0.27°C
关键解读:
温度影响非常明显:从公式可以看出,允差由“固定部分”和“随温度变化部分”组成。温度t的绝对值越大,允差就越大。所以,PT100在0°C附近精度最高,离0°C越远,精度理论上会逐渐降低。
等级决定基础精度:Class A的精度远高于Class B。而1/3 B级是通过对B级传感器进行筛选得到的更高精度的产品,常用于需要高精度的场合。

2. 影响精度的其他温度相关因素(甚至比精度等级更重要)
在实际应用中,以下因素对最终测量精度的影响往往比传感器自身的允差还要大,而且它们都与温度有关:
1. 引线方式(二线、三线、四线制)
这是最容易被忽视但影响巨大的因素。PT100的引线本身也有电阻,会随着环境温度变化。
二线制:引线电阻被完全计入测量结果,误差最大。例如,每根引线电阻为1Ω,就会带来约2.6°C的误差。此误差会随引线所处环境温度的变化而变化。
三线制:工业最常用。通过桥式测量电路,可以补偿引线电阻,但要求三根引线的电阻值完全一致。如果引线长度、材质或温度不同,就会产生误差。
四线制:精度最高的接法。通过恒流源供电和高阻抗电压测量,可以完全消除引线电阻的影响。实验室和高精度测量均采用此方式。
结论: 引线电阻及其受温度影响的程度,直接决定了你的系统在现场环境温度变化时的稳定性。四线制受温度影响最小。
2. 自热效应
测量时需要通过电流使PT100产生电压信号。这个电流会使PT100自身发热,导致其测得的温度高于实际介质温度。
温度影响:自热效应的大小与PT100所处的介质有关。在静止空气中,散热慢,自热误差可能高达几摄氏度;在流动的水中,散热快,误差可能小于0.1°C。
控制方法:使用尽可能小的激励电流(通常为1mA或0.5mA)。
3. 绝缘电阻
PT100的感温元件与金属保护套管之间由绝缘材料填充。绝缘材料的电阻会随着温度升高而指数级下降。
温度影响:在常温下,绝缘电阻通常高达100 MΩ以上,影响可忽略。但当温度超过200°C,特别是300°C以上时,绝缘电阻可能下降到10 kΩ以下,这会形成一个并联通路,分流部分激励电流,导致测量值偏低。温度越高,这种偏差越严重。
4. 长期稳定性(漂移)
PT100在高温下长期工作,铂丝会发生微观结构变化,导致电阻-温度特性发生缓慢变化(漂移)。工作温度越高,漂移量越大。高精度的PT100会使用纯度更高、结构更稳定的铂丝和陶瓷骨架来减少漂移。
总结与建议
有多大影响?
PT100的测量精度受温度影响可以总结为:
在0°C附近,精度最高(例如Class A可达±0.15°C)。
随着测量温度的升高或降低,其标称精度会按照允差公式线性下降。
在实际应用中,引线方式、自热效应和高温下的绝缘电阻对最终精度的影响,往往比传感器自身的精度等级更为关键。