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。
PT100温度传感器恒流源式采集电路_第1张图片

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。

PT100温度传感器恒流源式采集电路_第2张图片

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=Vout1R5+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(Vout7V2)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=Rpt100Vout1V2R3+R4(Vout7V2)( 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(Vout7Vref)( 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=34866R1VrefRpt100( 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。
PT100温度传感器恒流源式采集电路_第3张图片

图 3 PT100测温电路原理图

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。

你可能感兴趣的:(汽车电子,STM32杂耍)