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凡亿专栏 | 三线制PT100变送器测温电路分析
三线制PT100变送器测温电路分析

本电路截取自立创开源广场的作者的开源项目<<>三线制PT100变送器>,开源网址为:


https://oshwhub.com/yinhaijun/san-xian-zhi-pt100-bian-song-qi这个三线制PT100变送器测温电路主要由恒流源电路和差动放大电路两部分组成。 其中恒流源电路主要由电压基准芯片LM358-2.5和高精度运放KTA2333以及三极管Q1、Q2组成的达林顿管(为了减小Ib)组成。运放KTA2333的输入失调电压和失调电流都很小,价钱还很便宜,大概一两块钱,还是蛮不错的芯片:7507c2cfd673a8d00e719a293b5ba0.jpge57cbd9a35cea1c4b305a6a1d55257.jpg测温部分的电路图原理图如下所示:7e1b9253023419c4bf8b2064e127f4.jpg

可以看到,上半部分为一个恒流源电路,R2为电流检测电阻(选取高精度低温漂),由于运放负反馈成立,所以R2两端的电压会等于U2基准源两端的电压Ud,并且由于Q1和Q2均处于放大状态,所以ib会很小很小(ic/β/β),Ib基本忽略不计,所以说流过 R2 的电流即为 Ie=Ud/R2=2.5V/2.7K≈0.926mA。最终PT100的激励电流为Ic=Ie-Ib≈Ie=0.926mA,电流流向如下所示:1b2aa213463921521a167f9e4882a5.jpg

下方的放大器电路为了获得高增益选择了一个T型网络作为反馈,由于R8//R9阻值相对200KΩ和100KΩ来说很小(具体看戴维南等效),所以其输入输出传递函数如下(可以根据叠加定理去计算):

69eece00e4416c0f6ca8e6016288a0.jpg

又公式由三线法抵消线阻而得RT = (U1-2U2)/I ,这个比较抽象,我画一下示意图,下图中Rwire1~3为接线的线阻,所以说:U1≈I*(PT100 Rwire2 Rwire3)U2≈I*Rwire3由于理想状态下Rwire1~3是相等的(理想状态下接线长度,以及接触阻抗等均相同),所以说RT(PT100)两端的实际压降应该为U1-2*U2,即RT = (U1-2U2)/I。
06c3e7f1928765f0274f058e1b77ee.jpg实物接线图如下所示:68a88edd64b09a38601cae6fd50613.jpg且由于激励电流为I = Ud / R2 所以最终RT关于Uo的公式为:RT = Uo/11/I = (Uo * 2700)/ (11*2.5) 经运放 U1.2 差动放大后的信号经 R10,C4 进行低通滤波后送的 AD 转换器进行数字化测量,再根据测出的 RT 值查找PT100分度表并经插值运算即可得到温度值。
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