2. 温度测量基础

在PT100/RTD采集系统中，所有后续的线阻补偿、恒流激励、ADC采样与非线性校正，最终都服务于一个目标：把真实的温度值准确转换成可用的数字量。因此，理解温度的定义、温标体系以及热电阻的物理测温原理，是设计采集电路和排查现场问题的起点。本节从温度的本质出发，逐步过渡到PT100与常见RTD的选型对比，为后续线阻补偿章节建立概念基础。

一、温度的定义与温标体系

温度是表征物体冷热程度的物理量，从微观角度看，它反映的是分子平均动能的大小。温度本身不能直接测量，只能通过某种随温度单调变化的物理效应间接获得，例如热膨胀、热电势、电阻变化或辐射强度。热电阻测温正是利用金属电阻随温度升高而增大的特性。

为了统一测量结果，必须建立温标。历史上经历过摄氏温标、华氏温标、热力学温标，以及现代国际温标ITS-90。工程中最常用的是摄氏温度（℃）和热力学温度（K），两者关系为：

T(K) = t(℃) + 273.15
t(℃) = T(K) - 273.15

ITS-90定义了从0.65 K到高温范围的固定点与内插仪器，其中在-259 ℃到961 ℃范围内使用铂电阻温度计作为标准器。这意味着PT100不仅是工业传感器，其高精度版本本身就是温标复现的重要工具。理解这一点，有助于明白为什么PT100的阻值-温度关系被严格标准化，而不是随意标定。

二、热电阻测温原理

金属导体的电阻随温度升高而增大，其原因是温度升高使晶格振动加剧，自由电子运动受到更强的散射，宏观表现为电阻增加。对于铂、铜、镍等金属，在较宽温度范围内，电阻与温度呈良好的单调关系。以PT100为例，其0 ℃时标称电阻为100 Ω，100 ℃时约为138.51 Ω，平均灵敏度约为0.385 Ω/℃。

在有限温度范围内，常用二次多项式描述：

R(t) = R0 × (1 + A×t + B×t²)
PT100: R0 = 100 Ω
A = 3.9083×10⁻³ /℃
B = -5.775×10⁻⁷ /℃²

当t ≥ 0 ℃时，该式精度已能满足多数工业场合；若需要覆盖负温区，还需引入更高阶项。采集系统通常先测得电阻R(t)，再通过查表或逆多项式求出温度t。这里有一个重要工程含义：采集电路真正测量的是电阻，而不是温度。因此，导线电阻、接触电阻、自热效应都会直接叠加到测量结果中，这也是后续必须进行线阻补偿的根本原因。

三、PT100与常见RTD类型对比

工业现场常见的RTD包括PT100、PT1000、Cu50、Cu100、Ni100、Ni1000等。它们的基本测温机理相同，但材料、标称阻值、温度范围和灵敏度不同，直接影响采集电路的设计与补偿策略。

从采集设计角度看，PT100的100 Ω基线较低，导线电阻和接触电阻占比更明显，因此三线制或四线制补偿几乎是必须的；PT1000的基线高十倍，同样线阻带来的相对误差小十倍，在短距离两线制场合更有优势。但PT1000的激励电流若控制不当，自热效应也更明显，需要权衡激励电流与功耗。

四、案例与场景：从温度到电阻再到数字量

假设某现场使用PT100三线制探头，采集模块采用1 mA恒流激励。当温度为100 ℃时，PT100理论阻值约为138.51 Ω，理想情况下采集端电压为138.51 mV。若每根导线电阻为0.5 Ω，两线制接法会额外引入约1 Ω，折算成温度误差约为2.6 ℃。三线制通过测量并抵消一根导线的压降，可将该误差显著降低。这个例子说明：温度测量精度不仅取决于RTD本身，还取决于引线结构和采集拓扑。

五、常见误区与复盘

• 误区一：把PT100当成“输出电压型传感器”。PT100输出的是电阻变化，必须配合激励源和测量电路，不能直接接ADC电压输入端。
• 误区二：忽略温标换算。部分设备内部使用开尔文温标，若上位机按摄氏读取，会出现约273 ℃的固定偏差。
• 误区三：认为所有RTD都可以互换。不同材料的阻值-温度曲线不同，PT100的程序不能直接用于Ni100，否则温度计算会严重失真。
• 误区四：只关注RTD精度，忽略线阻。两线制PT100在长导线场合可能引入数摄氏度误差，必须通过三线制、四线制或软件补偿解决。