三线制PT100测正温(篇一)

文章目录

三线制PT100测正温(篇一)
前言
一、概述
二、电路和原理
- 1.电路图
- 2.原理概述
- 3.求解公式

前言

NTC热敏电阻最多测温不超过200°C, 当我们要测更高温度和要求精度更高时显然是不能胜任, 比如锅炉温度将会达到上千摄氏度, 所以对测温传感器的材料温度要求特别高, 而P100是铂电阻, 由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成, 再加上精度好, 价格优惠, 所有非常适合应用在中高温测量场合。

一、概述

当PT100在0摄氏度的时候它的阻值为100欧姆，正因如此才得名PT100, 它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。由于PT100每摄氏度阻值隔离非常小, 在1Ω以内, 就注定了它电路比较复杂, 因为实际使用中会导线会比较长, 存在线电阻, 同时存在干扰, 所以读取该阻值较麻烦。PT100通常有两线制、三线制和四线制测量方式, 各有优劣, 线制越多要求测量电路越复杂成本越高, 但相应的精确越好。测试方案通常有几种, 采用专门的IC进行读取, 或采用恒流源, 或运放搭建, 专用IC自然贵, 故本文采用运放搭建采集PT100阻值。下图是PT100分度表部分图:

下图是PT100实物图, 可见接线端是一个U型端子, 可减少接触电阻。

二、电路和原理

1.电路图

该电路摘自论坛某网友的, 如有冒犯请告知。

2.原理概述

上图是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用，静态分析时可不予理会，Z1、Z2、Z3可视为短路，D11、D12、D83及各电容可视为开路。由电阻分压知， V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ......a 。由虚短知，U8B第6、7脚电压和第5脚电压相等 V4=V3 ......b 。由虚断知，U8A第2脚没有电流流过，则流过R18和R19上的电流相等。(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ......c 。由虚断知，U8A第3脚没有电流流过， V1=V7 ......d 。在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联，PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚，V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) ......e 。由虚短知，U8A第3脚和第2脚电压相等， V1=V2 ......f。由abcdef得，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2 即 V5=(204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11)/2.2 ......g 。上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。注意电路图中标有两个V5, 前后文我们指的是U8A上的, 两个之间没有关系。 PT100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22，加至U8C的第10脚，由虚断知， V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ......a。(V6-V10)/R25=V10/R26 ......b。由虚短知， V10=V5 ......c。由式abc得V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ......h 。由式gh组成的方程组知，如果测出V5、V6的值，就可算出Rx及R0，知道Rx，查PT100分度表就知道温度的大小了。因此, 得到两个公式, 分别是V6=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)]和V5=(204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11)/2.2, 而V5和V6是我们要采集的电压是已知条件, 要得出最终公式就得求解这个两个公式。顺便提一下, Z1、Z2和Z3是三个三端滤波穿心电容, 实物如下图, 有插件和贴片的。

3.求解公式

具体过程如下图:

最终得出, Rx = (1000000 + 121000 * V5 - 24200 * V6) / (10242 - 121 * V5), 通过ADC采集到V5和V6电压便可算出PT100的阻值, 再根据PT100分度表查找得到温度值, V5和V6的电压单位是V。

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