在±0.05℃的精度世界里，溫度從未被如此精確地捕捉。
在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備和科研領(lǐng)域，溫度測(cè)量的精度和穩(wěn)定性直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。傳統(tǒng)測(cè)溫方案常面臨精度不足、抗干擾能力差、校準(zhǔn)復(fù)雜等痛點(diǎn)。
針對(duì)這些挑戰(zhàn)，曠岳半導(dǎo)體（KEYSEMI）的KY1220高精度24位ADC芯片與鉑電阻溫度傳感器（PT100/PT1000）的組合方案，正在重新定義溫度測(cè)量精度的邊界。
鉑電阻溫度傳感器（RTD）作為溫度測(cè)量領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)，其核心價(jià)值在于卓越的線性度、寬溫度范圍和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。PT100（0℃時(shí)100Ω）和PT1000（0℃時(shí)1000Ω）是其中最常用的兩種類型。
PT1000由于具有更高的基礎(chǔ)電阻值，在相同溫度變化下產(chǎn)生更大的電阻變化量，使系統(tǒng)能夠更靈敏地捕捉微小溫度波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在同等電路條件下，PT1000的信號(hào)幅度是PT100的10倍，為高精度測(cè)量提供了基礎(chǔ)。
鉑電阻的電阻-溫度關(guān)系遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)曲線，可用公式表達(dá)為：
Rt = R?(1 + αt + βt² + γt³)
其中R?為0℃時(shí)的標(biāo)稱電阻（100Ω或1000Ω），α、β、γ為鉑電阻的溫度系數(shù)。這種高度可預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)關(guān)系為精確溫度計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。
作為專為傳感器設(shè)計(jì)的高精度ADC，KY1220集成了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，使其成為溫度測(cè)量應(yīng)用的理想選擇：
比例測(cè)量法是KY1220實(shí)現(xiàn)高精度的核心技術(shù)。該方法使傳感器信號(hào)（RTD兩端電壓）和ADC參考電壓來自同一個(gè)激勵(lì)源，溫度漂移或噪聲產(chǎn)生的誤差因此被抵消。
系統(tǒng)精度最終僅取決于參考電阻（RREF）的精度和穩(wěn)定性，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
KY1220的工作電壓范圍為2.7V至5.5V，推薦采用3.3V低噪聲線性穩(wěn)壓電源。電源設(shè)計(jì)需考慮：
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍采用三線制PT100/PT1000，KY1220提供優(yōu)雅的解決方案：
當(dāng)引線電阻匹配且IDAC1與IDAC2精確匹配時(shí)，引線電阻造成的測(cè)量誤差被自動(dòng)抵消，這是三線制測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)突破。
參考電阻RREF是系統(tǒng)精度的決定性因素，需滿足：
通過配置四個(gè)寄存器，可靈活設(shè)置ADC工作模式：
void KY1220_Init(void) {
uint8_t config_0 = 0x60; // PT1000采集1倍增益
// uint8_t config_0 = 0x66; // PT100采集8倍增益
uint8_t config_1 = 0x04; // 數(shù)據(jù)速率20SPS
uint8_t config_2 = 0x55; // 參考電壓內(nèi)部緩沖啟用
uint8_t config_3 = 0x72; // IDAC輸出100μA
KY1220WriteRegister(0x00, 1, &config_0);
KY1220WriteRegister(0x01, 1, &config_1);
KY1220WriteRegister(0x02, 1, &config_2);
KY1220WriteRegister(0x03, 1, &config_3);}
關(guān)鍵參數(shù)：增益設(shè)置（PGA）和數(shù)據(jù)速率需根據(jù)PT型號(hào)調(diào)整。PT1000信號(hào)幅度大，通常用1倍增益；PT100信號(hào)小，需8倍或更高增益。
PT電阻-溫度轉(zhuǎn)換需分段處理：
double Calculate_Temperature(float resistance) {
if (resistance >= 1000) { // t >= 0℃
// 二次方程求解
double A = 3.9083e-3;
double B = -5.775e-7;
double C = (resistance/1000 - 1);
double discriminant = A*A - 4*B*C;
return (-A + sqrt(discriminant)) / (2*B);
} else { // t < 0℃
// 牛頓迭代法求解三次方程
double C = -4.183e-12;
double t = -10; // 初始值
for (int i = 0; i < 100; i++) {
double Rt_calc = 1000 * (1 + A*t + B*t*t + C*(t-100)*t*t*t);
double error = resistance - Rt_calc;
if (fabs(error) < 0.001) break;
double derivative = 1000 * (A + 2*B*t + 3*C*(t-100)*t*t + C*t*t*t);
t += error / derivative;
}
return t;
}}
分段處理：0℃以上使用二次方程直接求解，0℃以下采用牛頓迭代法處理更復(fù)雜的三次方程關(guān)系。
高精度系統(tǒng)采用兩種創(chuàng)新校準(zhǔn)技術(shù)：
這些技術(shù)使系統(tǒng)能夠達(dá)到免現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)仍保持±0.05℃精度的優(yōu)異表現(xiàn)。
在恒溫水槽中與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)對(duì)比測(cè)試，系統(tǒng)表現(xiàn)如下：
針對(duì)部分用戶反饋的溫度響應(yīng)緩慢問題，可進(jìn)行以下優(yōu)化：
該方案已在多個(gè)高要求領(lǐng)域成功應(yīng)用：
某制藥企業(yè)采用此方案后，其滅菌工藝的溫度控制精度提升至±0.1℃，產(chǎn)品合格率提高了2.3個(gè)百分點(diǎn)，年節(jié)省成本超過百萬元。
在實(shí)際應(yīng)用中，PT100和PT1000各有優(yōu)勢(shì)場(chǎng)景：
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特性 |
PT100 |
PT1000 |
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基礎(chǔ)電阻 |
100Ω (0℃) |
1000Ω (0℃) |
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信號(hào)幅度 |
小 (0.385Ω/℃) |
大 (3.85Ω/℃) |
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導(dǎo)線電阻影響 |
敏感 |
較不敏感 |
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適用增益 |
高增益(8x-32x) |
低增益(1x-2x) |
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自熱效應(yīng) |
較明顯 |
較輕微 |
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成本 |
略低 |
略高 |
選型建議：對(duì)于長(zhǎng)導(dǎo)線傳輸?shù)墓I(yè)現(xiàn)場(chǎng)，推薦PT1000；對(duì)于空間受限的小型設(shè)備，PT100的緊湊型探頭可能更合適。
相比傳統(tǒng)的分壓法或電橋方案，基于KY1220的比例法測(cè)量實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破：
電源系統(tǒng)優(yōu)化：對(duì)于多外設(shè)系統(tǒng)，推薦采用高效率、低噪聲的電源芯片如TPS7A47或TPS62360，它們可提供500mA以上輸出電流，輸入電壓范圍4-28V，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電源環(huán)境的需求。
基于KY1220的PT100/PT1000溫度采集方案代表了當(dāng)前工業(yè)溫度測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)水平。該方案結(jié)合了高精度ADC的性能優(yōu)勢(shì)和鉑電阻傳感器的穩(wěn)定性，通過創(chuàng)新的比例測(cè)量方法和優(yōu)化的軟件算法，實(shí)現(xiàn)了±0.05℃的測(cè)量精度和0.001℃的分辨率。
隨著工業(yè)4.0和精密制造的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量精度的要求不斷提高。這一方案已在醫(yī)療滅菌、鋰電池生產(chǎn)、半導(dǎo)體制造等高精尖領(lǐng)域得到驗(yàn)證，為提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、確保工藝安全提供了可靠的技術(shù)保障。
溫度測(cè)量的精度革命已經(jīng)到來——在每一度都至關(guān)重要的工業(yè)世界，KY1220方案正成為溫度測(cè)量領(lǐng)域的新基準(zhǔn)。
