鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-200℃～650℃)范圍的溫度測(cè)量中。
熱電阻PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在-50~600℃℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。
常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。其中圖1為三線制橋式測(cè)溫電路，圖2為兩線制橋式測(cè)溫電路，圖3為恒流源式測(cè)溫電路。下面分別對(duì)橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明(注：這兩個(gè)電路本人均有采用及試驗(yàn)，證明可行)。
一、 橋式測(cè)溫電路
橋式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖1所示(圖1和圖2均為橋式電路，分別畫出來(lái)是為了說(shuō)明兩線制接法和三線制接法的區(qū)別)。
測(cè)溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源;采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋(其中R1=R2，VR2為100Ω精密電阻)，當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中R3=R4、 R5=R6、放大倍數(shù)=R5/R3，運(yùn)放采用單一5V供電。
設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)：
1. 同幅度調(diào)整R1和R2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大小;
2. 改變R5/R3的比值即可改變電壓信號(hào)的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計(jì)者對(duì)溫度范圍的要求
3. 放大電路須***接成負(fù)反饋方式，否則放大電路不能正常工作(以前就有個(gè)豬頭特別提醒說(shuō)只有接成正反饋才能正常工作，我也沒(méi)做試驗(yàn)就拿它當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，害得我重新做板)。
4. VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如Pt100的零點(diǎn)溫度為0℃，即0℃時(shí)電阻為100Ω，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885Ω時(shí)，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了25℃。測(cè)量電位器的阻值時(shí)須在沒(méi)有接入電路時(shí)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)榻尤腚娐泛鬁y(cè)量的電阻值發(fā)生了改變。
5. 理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號(hào)×放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測(cè)量輸出電壓與輸入壓差信號(hào)并非這樣的關(guān)系，壓差信號(hào)比理論值小很多，實(shí)際輸出信號(hào)為
4.096*(RPt100/(R1+RPt100)- RVR2/(R1+RVR2)) (1)
式中電阻值以電路工作時(shí)量取的為準(zhǔn)。
6. 電橋的正電源須***接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因?yàn)槿绻苯覸CC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動(dòng)造成VCC發(fā)生波動(dòng)時(shí)，運(yùn)放輸出的信號(hào)也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)再到以VCC未發(fā)生波動(dòng)時(shí)建立的溫度-電阻表中去查表求值時(shí)就不正確了，這可以根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算得知。
二、 恒流源式測(cè)溫電路
恒流源式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖3所示。
測(cè)溫原理：通過(guò)運(yùn)放U1A將基準(zhǔn)電壓4.096V轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過(guò)Pt100時(shí)在其上產(chǎn)生壓降，再通過(guò)運(yùn)放U1B將該微弱壓降信號(hào)放大(圖中放大倍數(shù)為10)，即輸出期望的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。
根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同電位”，運(yùn)放U1A的“+”端和“-”端電位V+=V-=4.096V;假設(shè)運(yùn)放U1A的輸出腳1對(duì)地電壓為Vo，根據(jù)虛斷概念，(0-V-)/R1+(Vo-V-)/RPt100=0，因此電阻Pt100上的壓降VPt100=Vo-V-=V-*RPt100/R1，因V-和R1均不變，因此圖3虛線框內(nèi)的電路等效為一個(gè)恒流源流過(guò)一個(gè)Pt100電阻，電流大小為V- /R1，Pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。
設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)：
1. 電壓基準(zhǔn)源可以采用TL431按圖1的電路產(chǎn)生可調(diào)的。
2. 等效恒流源輸出的電流不能太大，以不超過(guò)1mA為準(zhǔn)，以免電流大使得Pt100電阻自身發(fā)熱造成測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，試驗(yàn)證明，電流大于1.5mA將會(huì)有較明顯的影響。
3. 運(yùn)放采用單一5V供電，如果測(cè)量的溫度波動(dòng)比較大，將運(yùn)放的供電改為±15V雙電源供電會(huì)有較大改善。
4. 電阻R2、R3的電阻值取得足夠大，以增大運(yùn)放的U1B的輸入阻抗。
5. 當(dāng)然做恒流源還有很多方法，TL431的Datasheet上就有其作為恒流源的詳細(xì)介紹。
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