白金（プラチナ）は、地球上でも安定な物質の一つです。Pt100と呼ばれる白金測温抵抗体は、0℃で100Ω、温度係数は1.3851です。つまり100℃では138.51Ωになります。抵抗値の変化が大きいので利用しやすいです。
　ここでは、100Ωの白金薄膜温度センサSDT101BXN100DFを利用します。温度係数は1.35です。近似式がデータシートに書かれています。

　エクセルでグラフを書きます。プロットして抵抗値から温度を求める近似曲線を得ます。

　誤差が大きめなので少し式を修正して、

　任意の温度でデータシートに書かれている温度-抵抗値表と比較しました。

　こちらの変換式を使うことにします。

●測定回路

　普通のDMMでは2線式で抵抗値を測ります。抵抗の両端にリード線を当て、微弱な電流を流して電圧を測ってオームの法則で抵抗値を得ます。しかし、測定器DMMから被測定抵抗までのリード線の抵抗が無視できないので、誤差が生じます。
　据え置き型のDMMでは4線式に対応しています。電流を流すためのケーブルと、電圧差を測るケーブルを使います。測っている場所ではどちらも結合しています。ケルビン・クリップと呼ばれます。
　ケーブル自体は特別のものではありません。

　ここで利用する24ビットA-DコンバータADS1220は、2線、3線、4線式のいずれの測定法にも対応しています。RTD（Resistance Temperature Detector）やブリッジ回路の電圧測定に適したA-Dコンバータです。データシートでは3線式の解説が丁寧です。

●ADS1220のおもなスペック

• 動作電圧　2.853～5.5V
• ビット数　24ビット
• 入力　シングルエンド；4チャネル。差動；2チャネル。レファレンス入力が2チャネル。
• 電流源　二つ、プログラマブル
• 基準電圧源　内蔵、外部
• インターフェース　SPI＋DRDY
• アンプ　PGA（最大128倍）
• サンプリング・レート　最大2000SPS

●接続

　入力端子Ain0とAin1で電圧を測ります。Ain3は電流出力として設定し、非測定抵抗Ptを通り3.3kΩで終端されます。3.3kΩはアンプPGAの電位を電源電圧の約半分シフトします。0.01uFはコモンモード・ノイズの除去、0.1uFはディファレンシャル・ノイズの除去フィルタ用です。50/60Hzの誘導ノイズはIC内部のフィルタで除去します。

　ADS1220はリード線タイプのICをDigi-keyで購入し、秋月電子通商のピッチ変換基板にはんだ付けしました。はんだ付けは、こちらを参照ください。

　ADS1220の電源は、ラズパイ5Vからローノイズ電源IC TPS7A4700で3.3Vを得ています。3端子のプリント基板に実装したボードはebayで購入しました。

●レジスタ

　データシートには、3線式の詳細な設計手順が解説され、レジスタの設定内容が書かれています。3線式はリード線の補償を行います。これをケルビン接続の4線式にモディファイします。コンフィギュレーション・レジスタの0、1、2は変更なし、3は電流出力IDAC1 をAin2からAin3へ、IDAC2 は使わない設定に変更します。ADS1120と内部構成はよく似ているので、参考にしてください。

●プログラム

　16ビットADS1120と内部構成やタイミングは同じです。この時は、SPIのチップ・セレクトCSをLowにした後、変換データがDRDYの立ち上がりに同期して送られるため、ラズパイのspidevライブラリを使いませんでした。

　ここでは、CSがLOWになったあと、RDATAコマンドを送ると変換データを送ってくれる方法をとります。この手順であれば、spidevライブラリが使えます。ADS1220のSPIタイミングを見ると、クロックの立ち下がりで確定しています。したがって、デフォルトではなくmode=1でデータを読み取ります。

　Vrefは電流500uAと抵抗3.30571kΩ（DMMの実測値）を乗じた1.652855Vです。PGA=8で利用しているので、LSBは次の値になります。

　これは電圧なので、抵抗値にするには500uAで割ります。求まった抵抗値Rを下記の式から温度に換算します。

　読み出しコマンド0x10に続いてダミー0xffを3バイト送ります。データシートによれば、温度データ3バイトが送られてくるはずですが、4バイトを受け取ります。最初の2バイトは同じ値なので、2番めからのデータを利用しました。

#!/usr/bin/env python
import spidev
import time
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0) #port 0,cs 0
spi.mode=0x01
spi.max_speed_hz = 1000000

def sign24(x):
    return ( -(x & 0b100000000000000000000000) |
              (x & 0b011111111111111111111111) )

#main
spi.xfer2([0x06]) #reset 
time.sleep(0.01)
spi.xfer2([0x40,0x66]) #configregistor0,1byte
spi.xfer2([0x44,0x04]) #configregistor1,1byte
spi.xfer2([0x48,0x55]) #configregistor2,1byte
spi.xfer2([0x4c,0x80]) #configregistor3,1byte

while 1:
    adc = spi.xfer2([0x10,0xff,0xff,0xff])
    data = (adc[1] << 16) | (adc[2] << 8) | adc[3] 
    data_s = sign24(int(hex(data),16))
    volt = (data_s*2*1.652855 ) /8 /16777216
    R = volt/0.0005
    temp= 0.0014*R*R + 2.5323*R -267.23
    print volt,"V",R,"ohm",round(temp,2),"'C"
    time.sleep(1)
spi.close()

　実行結果です。温度の小数点第2位が安定に表示できているので、24ビットA-Dコンバータで16ビット程度の確度は確保できているのかもしれません。

※執筆時点；2017-11-29版をダウンロードし、sudo apt-get update と　sudo apt-get upgrade -y および sudo rpi-update で更新し、カーネルはuname -a で確認。4.9.77でした。

※プログラムを仮にpt100.pyという名前で/home/piに保存すると、sudo chmod 755 pt100.py で実行権を付け、ターミナルから、python pt100.pyで実行します。I2CやSPIのグループにpiユーザが属しているので、sudoは不要です。
　プログラム・リストは、表示の関係でTabキーが無視されるので、スペースに代えてあります。また、リスト中を2回クリックすると全選択になるので、CTRL-Cでコピーし、テキスト・エディタにCTRL-Vで貼り付けて利用してください。ラズパイに持っていくと、スペースやリターン・コードなどが化けていることがあるので、一度消して、ラズパイのテキスト・エディタで修正してください。

※I2Cの有効化は、こちらの説明を参照ください。SPIなどにもEnableにチェックを入れています。