PT100温度传感器恒流源式采集电路

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：
${{V}_{2}}={{V}_{ref}}\tag{ 1 }$

${{V}_{5}}={{V}_{6}}\tag{ 2 }$

根据分压：
${{V}_{5}}={{V}_{out1}}\cdot \frac{{{R}_{6}}}{{{R}_{5}}+{{R}_{6}}}\tag{ 3 }$

${{V}_{6}}={{V}_{out7}}-({{V}_{out7}}-{{V}_{2}})\cdot \frac{{{R}_{3}}}{{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}\tag{ 4 }$

对于点A出的电流总和为0，故有：
$\frac{{{V}_{2}}}{{{R}_{1}}}=\frac{{{V}_{out1}}-{{V}_{2}}}{{{R}_{pt100}}}-\frac{({{V}_{out7}}-{{V}_{2}})}{{{R}_{3}}+{{R}_{4}}}\tag{ 5 }$

联立(1)~(5)，并代入具体数值，可解得：
$\frac{{{R}_{pt100}}}{{{R}_{1}}}{{V}_{ref}}=\frac{34}{866}{{V}_{out7}}+\frac{{{R}_{pt100}}}{34k+866k}({{V}_{out7}}-{{V}_{ref}})\tag{ 6 }$

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：
${{V}_{out7}}=\frac{866}{34}\cdot \frac{{{V}_{ref}}}{{{R}_{1}}}\cdot {{R}_{pt100}}\tag{ 7 }$

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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