PT100温度传感器恒流源式采集电路
相较于常见的DS18B20温度传感器,PT100的测温范围更为广阔(为-200-680℃),而DS18B20的测温范围仅为-55℃~+125℃。我们采用的是如图1所示的两线制PT100温度传感器。图 1 重新封装的PT100温度传感器这里采用的是如图2所示的恒流源式测温电路对该传感器信号进行处理。图 2恒流源式PT100测温电路示意图其原理为:通过运放U1A将基准电压4.096V转换...
相较于常见的DS18B20温度传感器,PT100的测温范围更为广阔(为-200-680℃),而DS18B20的测温范围仅为-55℃~+125℃。我们采用的是如图1所示的两线制PT100温度传感器。
这里采用的是如图2所示的恒流源式测温电路对该传感器信号进行处理。
其原理为:
通过运放U1A将基准电压4.096V转换为恒流源,电流流过Pt100时在其上产生压降,再通过运放U1B将该微弱压降信号放大,即输出期望的电压信号,该信号可直接连AD转换芯片。由运放的“虚短”和“虚断”可知:
V
2
=
V
r
e
f
( 1 )
{{V}_{2}}={{V}_{ref}}\tag{ 1 }
V2=Vref( 1 )
V 5 = V 6 ( 2 ) {{V}_{5}}={{V}_{6}}\tag{ 2 } V5=V6( 2 )
根据分压:
V
5
=
V
o
u
t
1
⋅
R
6
R
5
+
R
6
( 3 )
{{V}_{5}}={{V}_{out1}}\cdot \frac{{{R}_{6}}}{{{R}_{5}}+{{R}_{6}}}\tag{ 3 }
V5=Vout1⋅R5+R6R6( 3 )
V 6 = V o u t 7 − ( V o u t 7 − V 2 ) ⋅ R 3 R 3 + R 4 ( 4 ) {{V}_{6}}={{V}_{out7}}-({{V}_{out7}}-{{V}_{2}})\cdot \frac{{{R}_{3}}}{{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}\tag{ 4 } V6=Vout7−(Vout7−V2)⋅R3+R4R3( 4 )
对于点A出的电流总和为0,故有:
V
2
R
1
=
V
o
u
t
1
−
V
2
R
p
t
100
−
(
V
o
u
t
7
−
V
2
)
R
3
+
R
4
( 5 )
\frac{{{V}_{2}}}{{{R}_{1}}}=\frac{{{V}_{out1}}-{{V}_{2}}}{{{R}_{pt100}}}-\frac{({{V}_{out7}}-{{V}_{2}})}{{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}\tag{ 5 }
R1V2=Rpt100Vout1−V2−R3+R4(Vout7−V2)( 5 )
联立(1)~(5),并代入具体数值,可解得:
R
p
t
100
R
1
V
r
e
f
=
34
866
V
o
u
t
7
+
R
p
t
100
34
k
+
866
k
(
V
o
u
t
7
−
V
r
e
f
)
( 6 )
\frac{{{R}_{pt100}}}{{{R}_{1}}}{{V}_{ref}}=\frac{34}{866}{{V}_{out7}}+\frac{{{R}_{pt100}}}{34k+866k}({{V}_{out7}}-{{V}_{ref}})\tag{ 6 }
R1Rpt100Vref=86634Vout7+34k+866kRpt100(Vout7−Vref)( 6 )
因PT100阻值为百位级,故等式(6)右边第二项可忽略不计。于是有:
V
o
u
t
7
=
866
34
⋅
V
r
e
f
R
1
⋅
R
p
t
100
( 7 )
{{V}_{out7}}=\frac{866}{34}\cdot \frac{{{V}_{ref}}}{{{R}_{1}}}\cdot {{R}_{pt100}}\tag{ 7 }
Vout7=34866⋅R1Vref⋅Rpt100( 7 )
由式(7)可见,等效恒流源的电流为Vref/R1,放大倍数为866/34≈24.7428。对于PT100而言,电流大使得自身发热造成测量温度不准确。等效恒流源输出的电流不能太大,以不超过 1mA 为准,因此设定为Vref=4.096V,R1=4.12k(精度1%),等效电流约为0.9942mA。对应到具体温度(-50~200℃)范围时,Vout7输出电压变化范围为:2.03~4.45V。这个范围落在0~5V的可采电压范围内。
这里提供本电路原理图AD文件的下载:点击这里直达下载页面。
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