温度采集 2, 3, 和 4 线 PT100 温度传感器

本文介绍了如何 2, 3, 和4线PT100传感器通过电阻变化转换为电压信号, 并使用恒定电流源来保护传感器并确保信号转换的准确性. PT100 传感器通过测量其电阻的变化来获取温度, 这与它所暴露的温度直接相关; 随着温度升高, 传感器内铂元件的电阻也增加, 允许根据电阻变化精确计算温度; 本质上, 这 “100” PT100 表示传感器的电阻为 100 0°C 时的欧姆, 并且该值会随着温度波动而发生可预测的变化. MCP604操作放大器在电路设计中的应用强调了其特性的影响，例如低输入偏移电压和偏置电流对准确性的影响. 软件校准用于提高电路设计的准确性, 避免给身体调整带来不便. 最后, 本文给出了温度和铂电阻值之间的关系公式, 用于计算温度值.

2线PT100温度传感器的温度采集设计

中国定制3线PT100温度传感器的温度获取

4线PT100温度传感器温度采集

关于PT100温度采集的关键点:
电阻温度检测器 (热电阻):
PT100是RTD的一种, 这意味着它通过检测其电阻的变化来测量温度.
白金元素:
PT100中的传感元件由铂, 在电阻和温度之间表现出非常稳定的线性关系.
测量过程: 传感器放置在需要测量温度的环境中.
使用专用电子电路测量铂元件的电阻.
然后使用基于已知温度系数的数学公式将测得的电阻值转换为温度.

PT100传感器的优点:
高精度: 由于铂的稳定行为，被认为是最准确的温度传感器之一.
温度范围宽:　可测量 -200°C 至 850°C 的温度，具体取决于传感器设计.
线性好: 电阻和温度之间的关系是相对线性的, 简化数据解释.

重要的考虑因素:
校准: 确保准确的测量, PT100传感器需要根据参考标准进行定期校准.
铅线电阻: 连接线的电阻会影响测量精度, 因此通常需要正确考虑铅线补偿.
申请适用性: 虽然高度准确, PT100传感器可能不适用于极度恶劣的环境或需要快速响应时间的应用程序.

1. 信号获取的基本原则
PT100将温度信号转换为电阻输出, 它的阻力价值范围从 0 到200Ω. 广告转换器只能转换电压，不能直接收集温度. 所以, 需要1mA常数电流源来为PT100供电并将电阻变化转换为电压变化. 使用恒定电流源的好处是它可以延长传感器的寿命. 由于输入信号范围为 0 到200mv, 信号需要扩增，然后转换为AD以获取电信号数据.

不使用恒定电压源设计的原因:

如果使用恒定电压源用于电源, 然后电阻器和PT100串联连接, 电压分开, 有问题. 当PT100的电阻太小时, 流经PT100的电流太大, 导致传感器寿命较短.

2. OP放大器使用MCP604
MCP604功能:
1) 电压范围为2.7〜6.0V
2) 输出是轨道轨道
3) 工作温度范围: -40°C至 +85°C
4) 输入偏移电压为±3MV, 典型的价值为1MV, 高灵敏度.
5) 输入偏置电流为1Pa, 当ta = +85°C时, i = 20pa, 提高采集准确性.
6) 线性输出电压摇摆: VSS+0.1〜VDD -0.1, 单位为v.

电源电压为3.3V时, 线性输出电压摇摆为0.1〜3.2V. 为了确保放大信号在线性区域起作用, 当VDD = 3.3V时, 我们将MCP604输出电压保持在: 0.5v〜2.5V满足OP AMP电路设计的要求.

模拟电子书中的OP放大器是理想的操作放大器, 与实际放大器不同. 所以, 有必要考虑 “输入偏移电压”, “输入偏置电流” 和 “线性输出电压摇摆” 设计时.

3. 电路图
该图中的R11是一个偏置电路，可防止降差放大器输出的最后阶段饱和失真.
1) 选择合适的扩增因子以减少输出误差. 由于存在输入偏移电压, 当扩增因子增加时, 输出错误也将增加, 在设计中必须考虑的.
2) 该电路的扩增因子是 10. 假设典型的输入偏移电压为3MV, 如果输入信号更改为5MV, 2MV不会放大, 将产生20mV的输出误差.

PT100使用MCP604电路图的温度检测器OP放大器

vo4 = (Vin1 – vref)*10
io = 1mA, vref = vo3 = 1.65V
1.7V<= vin<= 1.9V, 1.7V<= V02<= 1.9
1.8V<= vo1<= 2V, 确保OP放大器在线性区域起作用, 这很重要
0.5V<= vo4<= 2.5V, 确保OP放大器在线性区域起作用, 这就是为什么需要串联50Ω的原因.

当输入电阻变化1Ω时, Vout更改为10MV. 由于MCP604的输入补偿电压为±3MV, 当更改为0.3333Ω时, 将会更改3.333mv, 并且获取灵敏度很高.
当0<= rin<=200Ω输入, 由于循环与50Ω串联连接, 50哦<= rx<= 250
Vin1 – vref = rx*0.001, A单元

4. 软件校准
新工程师总是试图提高电阻的准确性, 但是错误仍然很大. 一些工程师只是使用连续可调的电阻, 调整其电阻值, 并使用多项式使输出达到转移关系. 这种准确性似乎有所提高, 但这对于生产不方便, PCB设计的难度也增加了. 即使调试完成, 如果调整螺钉用手触摸, 可能会导致错误. 唯一的方法是将固定电阻用于生产和使用软件来帮助实现准确的校准.
1) 当rin = 0时, 读取电压值并将其记录为v50. 保存V50, 它不会随PT100电阻值的变化而变化，因为它由恒定电流源供电.
2) 连接标称电阻器, 令卢比=100Ω, 读取电压值并将其记录为v150. 保存V150, 温度为时的电压值 0.
3) 计算当前的扩增因子: io = (V150 – v50) / 卢比; 救我, 这意味着校准已经完成.
4) 当输入电阻为r时, 电压读数为vo, 然后r = (vo- v50) / io
通过上述描述, 软件校准具有很大的优势, 不仅可以方便地生产, 但也很高的精度. 为了提高准确性, 输出电压也可以分为几个间隔, 单独校准, 可以获得不同的IO, 这样输出线性将更好. 这些想法反映在我的设计中.

OP AMP MCP604电路设计

5. 计算温度
当温度小于 0,
R0*C*T^4 – 100R0*C*T^3 + r0*b*t^2 + r0*a*t + 罗0 – RT = 0
当温度大于或等于 0, RT = R0*(1+A*t+B*t*t)
描述:
RT是铂电阻在T℃的电阻值
R0是0℃100Ω的铂电阻的电阻值
a = 3.9082×10^-3
B = -5.80195×10^-7
C = -4.2735×10^-12

6. PT100温度传感器
PT100温度传感器是一个正温度系数热敏电阻传感器, 它的主要技术参数如下:
1) 测量温度范围: -200℃〜 +850℃;
2) 允许偏差值δ℃: A级±(0.15+0.002|t|), B等级(0.30+0.005|t|);
3) 最小插入深度: 热电阻的最小插入深度≥200mm;
4) 允许电流: < 5嘛;
5) PT100温度传感器还具有振动阻力的优势, 稳定性好, 高精度, 和高压. 铂热电阻具有良好的线性. 之间更改时 0 和 100 摄氏度, 最大非线性偏差小于0.5℃;
当温度时 < 0, R0*C*T^4 – 100R0*C*T^3 + r0*b*t^2 + r0*a*t + 罗0 – RT = 0
当温度≥时 0, RT = R0*(1+A*t+B*t*t)
根据上述关系, 大约电阻范围是: 18哦〜390.3o, -197℃是18Ω, 850哦，是390.3o;
描述:
RT是铂电阻在T℃的电阻值, R0是0℃铂电阻的电阻值, 100哦
a = 3.9082×10^-3, B = -5.80195×10^-7, C = -4.2735×10^-12
PT100铂金属温度传感器说明手册
6) 电路设计
7) PT100温度与电阻之间的关系
PT100温度和电阻满足以下方程:
当温度≤0时, r0*c*t^4 - 100*r0*c*t^3 + r0*b*t^2 + r0*a*t + 罗0 – RT = 0
当温度≥0时, r0*b*t^2 + r0*a*t + 罗0 – RT = 0

PT100温度和电阻比较表

描述:
RT是铂电阻在T℃的电阻值, R0是0℃铂电阻的电阻值, 100哦
a = 3.9082×10^-3, B = -5.80195×10^-7, C = -4.2735×10^-12

1. 为了方便计算, 当温度≤0时, 让:
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
双C = R0*B*100000 = 100*(-5.80195×10^-7)*100000= -5.80195
double d = r0*a*100000 = 100*(3.9082×10^-3)*100000= 39082
双E = (100-保留时间)*100000
当温度≤ 0, A*T^4 + b*t^3 + C*T^2 + d*t + E = 0
其中x3是pt100小于0℃时的解决方案.

2. 易于计算, 当温度大于或等于 0
double a = r0*b*100000 = 100*(-5.80195×10^-7)*100000= -5.80195
双B = R0*A*100000 = 100*(3.9082×10^-3)*100000= 39082
双C = (100-保留时间)*100000
当温度≥0时, A*T^2 + b*t + C = 0
t = [ sqrt( b*b – 4*A*c )-乙 ] / 2 / 一个
19.785ω对应于-197℃, 液氮的温度
18.486ω对应于-200℃
96.085ω对应于-10℃
138.505ω对应于100℃
175.845ω对应于200℃
247.045ω对应于400℃