硬件工程师进阶之路：PT100二线制、三线制、四线制电路详解

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

铂热电阻是一种电阻值随温度变化而变化的温度传感器，常见的铂热电阻有PT100和PT1000。而市面上的铂电阻分为二线制、三线制和四线制。
在了解他们的特点以及检测电路之前，让我们复习一下课本中的知识：惠斯通电桥

惠斯通电桥是用于测量一组电阻式元件阻值变化的电路

惠斯通电桥

假设有一个理想系统，其中每个元件的标称电阻为 R，每个分压器处于相同电位，并且差分 电桥输出电压 VOUT 为零。施加负载后，一个或多个元件会改变电阻，以使 ΔR ≠ 0Ω。这会导致 VOUT 发生变 化，通过对电桥进行差分测量可以非常准确地计算出该变化。
根据可变电阻的数量，惠斯通电桥分为：四分之一桥、半桥、全桥

每个元件对相同应变产生相同幅度的电阻变化。但这一变化在电桥对侧的方 向相反。此配置称为全桥。

全桥电路

根据激励源的不同，分为电压激励和电流激励

比较分母 (4 ∙ R + ΔR) 和 (2 ∙ R + ΔR) 可发现，与使用电压激励的相同电路相比，使用电流激励的单有源元件电桥拓扑结构导致的非线性降低了约 ½。

基于惠斯通电桥的PT100温度传感器电路

二线制接法的温度检测电路

二线制接法的PT100温度检测电路

注意事项：
1. 由于导线电阻的存在，该电路只适用于导线长度较短的场合
2. 需控制流过PT100的电流，以防止电流过大导致的电阻自发热
3. VCC电压波动导致的测量误差，建议使用高精度LDO或电压基准源电路供电
三线制接法的温度检测电路

三线制接法的PT100温度检测电路

RC为导线的等效电阻，导线长度一样，三根导线的电阻值也是相同的，由于导线电阻的引入，下桥的电阻是平衡的。所以三线制接法可以解决因导线导致的测量精度问题。

四线制接法的温度检测电路（基于AD芯片的高精度PT100检测电路）

四线制接法的PT100温度检测电路

1.采用四线制PT100，消除导线电阻影响
2.1mA恒流源供电（电流源由ADC芯片提供）可防止恒压供电电源不稳导致的数据异常。
另外，低电流防止电阻自发热引起的温度失真。