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:
V2=Vref( 1 )
V5=V6( 2 )
根据分压:
V5=Vout1⋅R5+R6R6( 3 )
V6=Vout7−(Vout7−V2)⋅R3+R4R3( 4 )
对于点A出的电流总和为0,故有:
R1V2=Rpt100Vout1−V2−R3+R4(Vout7−V2)( 5 )
联立(1)~(5),并代入具体数值,可解得:
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:
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。
图 3 PT100测温电路原理图
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