PT100温度采集
1、信号采集的基本原理
PT100是将温度信号转换为电阻输出，其电阻值变化范围为0~200Ω。AD转换器只能对电压进行转换，无法采集直接采集温度，因此，需要一个1mA恒电流源给PT100供电，将电阻变化转换为电压变化。使用恒流源的好处，可以延长传感器寿命。由于输入信号范围为0~200mV，因此需要将信号放大，然后进行AD转换，得到电信号数据。
不采用恒压源设计的原因：
若采用恒压源供电，然后再将电阻和PT100串联,通过分压来实现，有点问题，就是当PT100阻值太小时，流过PT100的电流太大，导致传感器寿命变短。
2、运放采用MCP604
MCP604特点：
1)电压范围为2.7~6.0V
2)输出为Rail-to-Rail
3)工作温度范围：-40°C to +85°C
4)输入失调电压（Input Offset Voltage）为±3mV，典型值为1mV，高灵敏度。
5)输入偏置电流（Input Bias Current）为1pA，当TA = +85°C时，I=20pA，提高采集精度。
6)线性输出电压摆动 （Linear Output Voltage Swing）：VSS+0.1 ~ VDD–0.1，单位为V。
当电源电压为3.3V时，线性输出电压摆动为0.1~3.2V。为了保证放大信号工作在线性区，因此，当VDD=3.3V时，我们设置MCP604输出电压保持在：0.5V ~ 2.5V，满足运放电路设计需求。
模电书中的运放是理想的运算放大器，同实际放大器是有区别的，因此，设计时需要考虑“输入失调电压”，“输入偏置电流”和“线性输出电压摆动”。
3、电路图
图中的R11是偏置电路，防止最后一级差动放大输出产生饱和失真。
1)选择合适的放大倍数，减小输出误差。因为输入失调电压的存在，当放大倍数增大，输出误差也会增大，这是设计必须考虑的。
2)本电路放大倍数为10，假定典型输入失调电压为3mV，若输入信号变化为5mV，则有2mV没有被放大，就会产生20mV的输出误差。
Vo4 = (Vin1 - Vref)*10
Io=1mA，Vref=Vo3=1.65V
1.7V<=Vin<=1.9V，1.7V<=V02<=1.9
1.8V<=Vo1<=2V,保证运放工作在线性区，这个很重要
0.5V<=Vo4<=2.5V,保证运放工作在线性区，这就是为什么需要串联50Ω的原因。
当输入电阻变化1Ω时，Vout就变化为10mV。由于MCP604输入补偿电压为±3mV，因此，当有0.3333Ω变化时，就会3.333mV变化，采集灵敏度较高。
0<=Rin<=200Ω输入时，由于回路串联50Ω，50Ω<=Rx<=250Ω
Vin1 - Vref = Rx*0.001，单位A
4、软件校准
初出道的工程师总是想方设法提高电阻的精度，然而误差还是很大。还有的工程师干脆用连续可调电阻，通过调节其电阻值，配合万用表，让输出满足传递关系式，这种精度好像是得到了提高，但不方便生产，另外PCB设计难度也增加了。即使调试好了，要是用手误摸调节螺丝，可能会带来误差。唯一的方法，就是用固定电阻生产，采用软件帮忙，实现精准的校准。
1)当Rin=0时，读到一个电压值，记录为V50。保存V50，它不会随PT100阻值的变化而改变，因为采用的是恒流源供电。
2)接入标称电阻，令Rs=100Ω，读到一个电压值，记录为V150。保存V150，它温度为0时，读到的电压值。
3)计算电流放大倍数：Io = (V150 - V50) / Rs；保存Io，就表示校准好了。
4)当输入电阻为R时，读到电压为Vo，则R = (Vo- V50) / Io
通过以上说明，软件校准具有很大的优越性，不仅生产方便，而且精度还高。为了提高精度，也可以将输出电压分成几个区间，分别校准，得到不同的Io,这样，输出线性度会更好。这些想法，都在我的设计中得到体现。
5、计算温度
当温度小于0时，
R0*C*t^4 - 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 - Rt=0
当温度大于或等于0时，Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
说明：
Rt为t℃时铂电阻的电阻值
R0为0℃时铂电阻的电阻值100Ω
A=3.9082×10^-3
B=-5.80195×10^-7
C=-4.2735×10^-12
6、Pt100温度传感器
Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：
1)、测量温度范围：-200℃ ~ +850℃；
2)、允许偏差值Δ℃：A级±(0.15+0.002|t|)，B级±(0.30+0.005|t|)；
3)、最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；
4)、允许通过电流： < 5mA；
5)、Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、高压等优点。铂热电阻的线性较好，在 0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于 0.5℃；
当温度 < 0时，R0*C*t^4 - 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 - Rt=0
当温度 ≥ 0时，Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
根据上面的关系计算，大概电阻范围为：18Ω~390.3Ω，-197℃为18Ω,850Ω为390.3Ω；
说明：
Rt为t℃时铂电阻的电阻值，R0为0℃时铂电阻的电阻值100Ω
A=3.9082×10^-3，B=-5.80195×10^-7，C=-4.2735×10^-12
PT100铂金属温度传感器使用说明书
| ℃ |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| 0 |
100 |
100.39 |
100.78 |
101.17 |
101.56 |
101.95 |
102.34 |
102.73 |
103.12 |
103.51 |
| 10 |
103.9 |
104.29 |
104.68 |
105.07 |
105.46 |
105.85 |
106.24 |
106.63 |
107.02 |
107.4 |
| 20 |
107.79 |
108.18 |
108.75 |
108.96 |
109.35 |
109.73 |
110.12 |
110.51 |
110.9 |
111.28 |
| 30 |
111.67 |
112.06 |
112.45 |
112.83 |
113.22 |
113.61 |
114.38 |
114.77 |
114.99 |
115.17 |
| 40 |
115.14 |
115.93 |
116.31 |
116.7 |
117.08 |
117.47 |
117.85 |
118.24 |
118.62 |
119.01 |
| 50 |
119.4 |
119.78 |
120.16 |
120.55 |
120.93 |
121.32 |
121.7 |
122.09 |
122.47 |
112.86 |
| 60 |
123.24 |
123.62 |
124.01 |
124.39 |
124.77 |
125.16 |
125.54 |
125.92 |
126.31 |
126.69 |
| 70 |
127.07 |
127.45 |
127.84 |
128.22 |
128.6 |
128.98 |
129.37 |
129.75 |
130.13 |
130.51 |
| 80 |
130.89 |
131.27 |
131.66 |
132.04 |
132.42 |
132.8 |
133.18 |
133.56 |
133.94 |
134.32 |
| 90 |
134.7 |
135.08 |
135.46 |
135.84 |
136.22 |
136.6 |
136.98 |
137.36 |
137.74 |
138.12 |
| 100 |
138.5 |
138.88 |
139.26 |
139.64 |
140.02 |
140.39 |
140.77 |
141.15 |
141.53 |
141.91 |
6)、电路设计
7)、PT100温度和电阻的关系
PT100温度和电阻满足下面的方程式：
当温度≤0时，R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 - Rt=0
当温度≥0时， R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 - Rt =0
说明：
Rt为t℃时铂电阻的电阻值，R0为0℃时铂电阻的电阻值100Ω
A=3.9082×10^-3，B=-5.80195×10^-7，C=-4.2735×10^-12
1、为了便于计算，当温度≤0时，令:
double a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4.2735/100000
double b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
double c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
double d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
double e= (100-Rt)*100000
当温度≤0时，a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
其中x3就是PT100在小于0℃时的解。
2、为了便于计算，当温度大于或等于0时
double a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
double b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
double c= (100-Rt)*100000
当温度≥0时， a*t^2 + b*t + c =0
t = [ SQRT( b*b - 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω对应-197℃,液态氮的温度
18.486Ω对应-200℃
96.085Ω对应-10℃
138.505Ω对应100℃
175.845Ω对应200℃
247.045Ω对应400℃
