PT100/PT1000溫度采集電路方案

1.PT100和PT1000溫度阻值變化表

金 屬 熱 電 阻 如 鎳 、銅 和 鉑 電 阻 ，其 阻 值 隨 溫度的變化是正相關的， 以鉑的物化性質最穩(wěn)定，應用最廣泛。 常用鉑電阻 Pt100 的測溫范圍為-200～850 ℃，此外 Pt500、Pt1000 等的測溫范圍依次縮小。Pt1000，測溫范圍-200～420 ℃。 根據 IEC751 國際標準，鉑電阻 Pt1000 的溫度特性滿足：

根據 Pt1000 溫度特性曲線，在正常工作溫度范圍內的阻值特性曲線斜率變化較?。ㄈ鐖D 1 所示），通過線性擬合可得阻值與溫度的近似關系為：

1.1 PT100溫度阻值變化表

1.2 PT1000溫度阻值變化表

2.常用的采集電路方案

2.1電阻分壓輸出0~3.3V/3V模擬電壓

單片機AD口直接采集
測溫電路電壓輸出范圍是0~3.3V，PT1000（PT1000阻值變化幅度大，測溫的靈敏度較PT100高一些；PT100更適合大范圍測溫）。

做簡單的是使用分壓方式，電壓是由TL431電壓基準源芯片產生的電壓基準源4V，或者可以采用REF3140產生4.096V作為基準源?；鶞试葱酒€有REF3120、3125、3130、3133、3140。該芯片采用SOT-32封裝，5V輸入電壓。輸出電壓可根據所需基準電壓進行選擇。當然根據單片機AD口的正常電壓輸入范圍，不能超過3V/3.3V。

2.2電阻分壓輸出0~5V模擬電壓

單片機AD口直接采集。
當然有些電路使用5V單片機供電，PT1000的最大工作電流為0.5mA，所以要采用適當?shù)碾娮柚当ＷC元件正常工作。
就比如上述電壓分壓原理圖中的3.3V換成5V，這樣做的好處就是5V的分壓比3.3V的靈敏度高，采集更加準確。切記，理論計算輸出電壓不能超出+5V。否則會導致單片機損壞。

2.3最常用的橋式測量

采用R11、R12、R13和Pt1000構成測量電橋，其中R11=R13=10k，R12=1000R的精密電阻，當Pt1000的電阻值與R12的阻值不相等時，電橋會輸出一個mV級別的壓差信號，這個壓差信號經過儀表放大電路放大后輸出期望的電壓信號，該信號可以直接接AD轉換芯片或者單片機的AD口。

這個電路的測電阻原理：
1）、PT1000是熱敏電阻，隨著溫度的變化，電阻發(fā)生基本線性的變化。
2）、0度時，PT1000的電阻為1kΩ，則Ub和Ua相等，也就是說Uba = Ub - Ua = 0。
3）、假設某個溫度下，PT1000的電阻為1.5kΩ，則Ub和Ua不相等。根據電壓分壓原理，我們可以求出Uba = Ub - Ua > 0。
4）、OP07是一個運算放大器，它的電壓放大倍數(shù)A取決于外部電路，在這里A = R2/R1 = 17.5。
5）、OP07的輸出電壓Uo = Uba * A。所以如果用一個電壓表測量出OP07的輸出電壓，則我們就能反推出Uab的值。由于Ua是已知值，所以我們可以進一步計算出Ub的值。接著利用電壓分壓原理，我們就可以計算出PT1000的具體電阻值。這個過程可以通過軟件計算實現(xiàn)。
6）、如果我們能知道PT1000在任意溫度下的電阻值，則我們只需要根據電阻值查表就可以知道當前的溫度。

2.4恒流源

由于熱電阻的自熱效應，要保證流過電阻的電流盡量小，一般希望電流小于10mA，經查證鉑電阻PT100自體發(fā)熱1 mW約會造成0.02～0.75℃的溫度變化量, 所以降低鉑電阻PT100的電流亦可降低其溫度變化量, 然而, 若電流太小, 則易受噪聲干擾, 所以一般取值在0.5～2 mA，所以將恒流源電流選擇為1mA恒流源。

選擇芯片為恒壓源芯片TL431，然后利用電流負反饋轉化為恒流源，電路如圖所示

其中運放CA3140用于提高電流源的帶載能力，輸出電流的計算式為：

其中電阻應取0.1%的精密電阻。最后輸出電流為0.996mA，即精度為0.4%。

恒流源電路應當具有以下幾個特性

溫度穩(wěn)定性：由于我們測溫環(huán)境為0-100℃，所以電流源的輸出不應當對溫度敏感。而TL431具有極低的溫度系數(shù)，溫漂低。

負載調整率好：如果電流紋波過大，將導致出現(xiàn)讀數(shù)誤差，根據理論分析，由于輸入電壓在100-138.5mV之間變化，而測溫范圍0-100℃，測溫精度±1攝氏度，所以環(huán)境溫度每升高1℃，輸出電壓變化應為38.5/100=0.385mV，為了保證電流的波動不影響精度，考慮最極端的情況，100攝氏度時，，此時PT100的阻值應為138.5R。則電流紋波應當小于0.385/138.5=0.000278mA，即負載變化的過程中電流的變化應當小于0.000278mA，在實際的仿真中，電流源基本不變。

3.AD623采集電路方案

原理可以參考上述橋式測量原理。
低溫采集：

高溫采集

4.AD620采集電路方案

AD620測PT100采集方案高溫（150°）：

AD620測PT100采集方案低溫（-40°）：

AD620測PT100采集方案室溫（20°）：

5.PT100和PT1000抗干擾濾波分析

在一些比較復雜的，環(huán)境惡劣或者特殊環(huán)境中的溫度采集會受到很大的干擾現(xiàn)象，主要包括EMI和REI。

比如在電機溫度采集應用中，電機控制以及電機高速旋轉帶來的高頻擾動。

還有如航空以及航天飛行器內部存在著大量溫度控制場景，對動力系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)
等進行測溫和控制。溫度控制的核心是溫度測量，由于熱敏電阻的阻值能隨溫度有線性變
化關系，采用鉑電阻測量溫度是一種有效的高精度溫度測量方法。主要面臨以下問題：
1.引線上的電阻容易被引入，從而影響傳感器測量準確度；
2.飛機在某些強烈電磁干擾環(huán)境下，干擾可能被儀表運放整流之后轉化為DC輸出
失調誤差，影響測量精度。

5.1航空航天機載PT1000采集電路

參考某航空抗電磁干擾的機載PT1000采集電路設計。

在采集電路的最外端設置有濾波器，所述的PT1000采集預處理電路適用于機載電子設備接口抗電磁干擾預處理；
具體電路為：
+15V輸入電壓經穩(wěn)壓源轉化為+5V高精度電壓源，該+5V高精度電壓源與電阻R1直聯(lián)，
電阻R1另一端分為兩路，一路連至運放的同相輸入端，一路通過T型濾波器S1連至PT1000電阻A端；運放的輸出端與反相輸入端相接形成電壓跟隨器，反相輸入端再與穩(wěn)壓源的接地端口相連，以保證同相輸入端電壓恒為零；
PT1000電阻一端A通過S2濾波器后，再分為兩路，一路過電阻R4作為差分電壓輸入端D，
一路過電阻R2接到AGND；PT1000電阻另一端B通過S3濾波器后，再分為兩路，一路過電阻R5作為差分電壓輸入端E，一路過電阻R3接到AGND，D和E間通過電容C3相連，D通過電容C1接到AGND，E通過電容C2接到AGND；
通過測量D和E兩端的差分電壓即可算得PT1000精確電阻值。

+15V輸入電壓經穩(wěn)壓源轉化為+5V高精度電壓源，該+5V與R1直聯(lián)，R1另一端分為
兩路，一路連至運放的同相輸入端，一路通過T型濾波器S1連至PT1000電阻A端。運放的輸出與反相輸入端相接形成電壓跟隨器，反相輸入端再與穩(wěn)壓源的接地端口相連，以保證同相輸入端電壓恒為零，此時流經R1的電流為恒定的0.5mA。穩(wěn)壓源選用AD586TQ/883B，運放選用OP467A。

PT1000電阻一端A通過S2濾波器后，再分為兩路，一路過電阻R4作為差分電壓輸入
端D，一路過電阻R2接到AGND；PT1000電阻另一端B通過S3濾波器后，再分為兩路，一路過電阻R5作為差分電壓輸入端E，一路過電阻R3接到AGND。D和E間通過電容C3相連，D通過電容C1接到AGND，E通過電容C2接到AGND。
R4和R5阻值為4 .02k歐 ,R1和R2阻值為1M歐，C1和C2容值為1000pF ,C3容值為
0.047uF.R4，R5，C1，C2，C3共同構成RFI濾波網絡，該RFI濾波完成對輸入信號的低通濾波，濾除的對象包括輸入差分信號中攜帶的差模干擾和共模干擾。對輸入信號中攜帶的共模干擾和差模干擾的?3dB截止頻率計算分別如公式所示：

代入阻值計算得共模截止頻率為40kHZ，差模截止頻率為2.6KHZ。
端點B通過S4濾波器與AGND相連。其中，S1到S4的濾波器接地端均引到飛機屏蔽地
上。由于流經PT1000的電流為已知的0 .05mA，通過測量D和E兩端的差分電壓即可算得
PT1000精確電阻值。
S1到S4選用T型濾波器，型號GTL2012X?103T801，截止頻率在1M±20％。該電路對
外接口線均引入低通濾波器，對差分電壓進行RFI濾波，作為PT1000的預處理電路，很好地消除了電磁以及RFI輻射干擾，這樣大大提高了采集值的可靠性。此外，從PT1000電阻兩端對電壓直接進行測量，消除了引線電阻帶來的誤差，提高了阻值的準確性

5.2 T型濾波器

T型濾波器包括兩個電感器和電容器。它的兩端都是高阻抗，其插入損耗性能和 π 型濾波器相似，但是它不易出現(xiàn)“振鈴”現(xiàn)象，可以用在開關電路。

物理模型：
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-780754.html

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