CN208902293U - 一种pt100测温电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种PT100测温电路。该电路包括：惠斯通电桥、仪表运放、AD转换MCU组成。所有电路共用一个电源，惠斯通电桥由3个高精密低温漂电阻和一个PT100电阻组成，仪表运放的正负输入分别接惠斯通电桥的两个桥臂中间点，仪表运放的放大倍数通过接在2个RG引脚之间的高精密低温漂电阻决定，仪表运放的输出端接AD转换MCU的ADC引脚，MCU通过内部AD采样电路测量采集到的经过放大的惠斯通电桥压差。通过所述测温电路在初次使用时依次将已知阻值的定值电阻替换PT100进行测量AD电压，计算并记录放大电路中PT100阻值计算公式的参数值，然后在电路中接入PT100，根据所述计算公式计算出PT100电阻值，再根据PT100分度表计算得出温度值。
Description
技术领域
本发明涉及PT100测温电路。
背景技术
铂电阻在一定的温度范围内，电阻值可以随温度线下变化，适合应用于温度变化范围不是很大的测温领域。通常把铂电阻制成在0℃时100欧姆阻值，由100欧姆铂电阻作为测温电阻的测温电路称为PT100测温电路。
PT100常见的有2线制、3线制、4线制3种接线方式，对应的成本逐步增加，由于嵌入式项目经常受到成本的限制，故采用2线制居多，由于很多使用场景中，PT100引线能够长达几米甚至十几米，二线制会造成由于引入引线电阻而导致测温误差大。常用的PT100测温电路，通常采用恒流法或惠斯通电桥法，恒流法的缺点在于PT100只能通过小于5mA的电流，太大会引起PT100自发热，由于在0℃时PT100已经具有一个很大的阻值，导致在温度变化时PT100两端电压变化非常小，存在数字信号取值范围利用率低的问题；惠斯通电桥法可通过差分放大的方式解决数字信号取值范围利用率低的问题，但由于引入了3个电阻，温度计算的精度受电阻的精度及温漂、电源电压纹波、运放放大倍数等影响很大，导致会有较大误差。针对以上问题，研究设计一种新型的PT100测温电路，从而克服现有技术中存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新型的PT100测温电路，从而解决以往测温电路中数字信号取值范围利用率低、温度计算的精度受电阻的精度及温漂、电源电压纹波、运放放大倍数等影响很大等问题。
本实用新型所述的PT100测温电路是由惠斯通电桥、仪表运放、AD转换MCU组成。
所述的惠斯通电桥，R1的1管脚接VCC电源电压，R1的2管脚接R3的1管脚和U1 的1管脚，通过R1和R2对VCC的分压作为U1仪表运放的差分负输入，R3的1管脚接VCC 电源电压，R3的2管脚接P1的1管脚和U1的4管脚，P1是可插拔端子，可插入PT100或校准电阻，通过R1和PT100对VCC的分压作为U1仪表运放的差分正输入，R2的2管脚和 P1的2管脚连接并接地，构成所述惠斯通电桥的电流通路。所述仪表运放U1的2管脚接R4 的1管脚，U1的3管脚接R4的2管脚，通过R4与U1的内部电路组成放大倍数设置电路， C1的1管脚接U1的8管脚，C1的2管脚接U1的5管脚，构成所述仪表运放的电源滤波电路，滤除电源线上的高频干扰，U1的6管脚接U1的5管脚并接地，设置U1的基准。所述 AD转换MCU，U2的9、24、36、48管脚接VCC，为U2提供正电源，U2的8、23、35、 47管脚接GND，为U2提供基准电压，U2的10管脚接U1的7管脚，将所述惠斯通电桥的差分电压经所述仪表运放放大后的电压输入U2的AD采集电路，进行AD采样并计算出PT100 的阻值和对应的温度。
本实用新型所述的R1、R2、R3、R4为精度为0.1％的高精度低温漂电阻，所述U1为德州仪器公司的INA826低温漂高精度仪表运放，所述U2采用意法半导体公司的STM32F103C8T6通用型MCU芯片。
本实用新型所述的计算方法是先将3个已知阻值的高精度电阻接入所述P1中，进行AD 采样，并根据放大电路计算公式得到3个有3个未知参数的方程，然后进行求解，得到并将 3个参数存储在所述AD转换MCU的FLASH中。将所述PT100插入所述P1中，然后将此时的温度输入所述AD转换MCU，根据PT100分度表计算出PT100实际的阻值，根据放大电路公式及所述3个参数计算出P1两个管脚之间的电阻，用所述P1两个管脚之间的电阻减去所述PT100实际的阻值，得到PT100引线电阻阻值，将所述PT100引线电阻阻值存储在所述AD转换MCU的FLASH中。至此校准结束，在实际使用中，所述AD转换MCU先根据放大电路公式及所述3个参数计算出所述P1两个管脚之间的电阻，然后减去所述PT100引线电阻阻值，即可得到所述PT100实际的阻值，然后根据PT100分度表计算出当前温度值。
本实用新型通过出厂校准的方式解决了以往测温电路中数字信号取值范围利用率低、温度计算的精度受电阻的精度及温漂、电源电压纹波、运放放大倍数等影响很大等问题。实现了低成本的高精度低温漂PT100测温功能。
附图说明
图1为本实用新型原理框图；
图2为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例如附图所示，附图1所示原理框图由惠斯通电桥10、仪表运放 11、AD转换MCU12组成。
所述的惠斯通电桥，R1的1管脚接VCC电源电压，R1的2管脚接R3的1管脚和U1 的1管脚，通过R1和R2对VCC的分压作为U1仪表运放的差分负输入，R3的1管脚接VCC 电源电压，R3的2管脚接P1的1管脚和U1的4管脚，P1是可插拔端子，可插入PT100或校准电阻，通过R1和PT100对VCC的分压作为U1仪表运放的差分正输入，R2的2管脚和 P1的2管脚连接并接地，构成所述惠斯通电桥的电流通路。所述仪表运放U1的2管脚接R4 的1管脚，U1的3管脚接R4的2管脚，通过R4与U1的内部电路组成放大倍数设置电路， C1的1管脚接U1的8管脚，C1的2管脚接U1的5管脚，构成所述仪表运放的电源滤波电路，滤除电源线上的高频干扰，U1的6管脚接U1的5管脚并接地，设置U1的基准。所述 AD转换MCU，U2的9、24、36、48管脚接VCC，为U2提供正电源，U2的8、23、35、 47管脚接GND，为U2提供基准电压，U2的10管脚接U1的7管脚，将所述惠斯通电桥的差分电压经所述仪表运放放大后的电压输入U2的AD采集电路，进行AD采样并计算出PT100 的阻值和对应的温度。
本实用新型所述的R1、R2、R3、R4为精度为0.1％的高精度低温漂电阻，所述U1为德州仪器公司的INA826低温漂高精度仪表运放，所述U2采用意法半导体公司的STM32F103C8T6通用型MCU芯片。
如图2所示，R1、R2取值5.1kΩ，R3取100Ω，VCC为3.3V，将流过PT100的电流设置为0.6mA，防止大电流使PT100自发热，R4取值为1kΩ，根据INA826的放大倍数公式，放大倍数为1+49.4K/R4＝50.4倍。所述STM32F103C8T6的AD为12位，AD的取值范围为 0～4095，记为d，INA826放大倍数G＝1+49.4K/R4，STM32的AD参考电源和电桥的电源为同一电源VCC，P1两端电阻为RT，根据放大电路原理有：
设R2＝b，RT＝e，则等式化为
根据实际校准操作，可测得3组d和e的值，得到
根据①、②、③得到
由④、⑤、⑥可计算出a、b、c的值，STM32F103C8T6将校准得到的a、b、c保存到FLASH中，每次采集计算温度，采用计算出P1两端的电阻值，由于 PT100存在引线电阻，需进行引线电阻测定校准，通过串口给STM32F103C8T6发送当前温度值，STM32F103C8T6根据PT100阻值分度表查找计算出当前温度对应的PT100电阻值，记为RTT，根据当前d的值，使用⑦计算出RT，则引线电阻RY＝RT-RTT，然后将RY存储到FLASH中，至此校准结束。在正常使用时，STM32F103C8T6根据所述a、b、c的值，根据公式⑦计算出P1两端的电阻值RT，然后根据PT100电阻值RTT＝RT-RY得出RTT的值，再根据PT100阻值分度表计算出当前温度。
本实用新型采用了出厂校准的惠斯通电桥法设计出了一种新型PT100测温电路，解决了以往测温电路中数字信号取值范围利用率低、温度计算的精度受电阻的精度及温漂、电源电压纹波、运放放大倍数等影响很大等问题。实现了低成本的高精度低温漂PT100测温功能
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (2)
1.一种PT100测温电路，其特征在于由惠斯通电桥、仪表运放、AD转换MCU组成，所述惠斯通电桥，R1的1管脚接VCC电源电压，R1的2管脚接R3的1管脚和U1的1管脚，通过R1和R2对VCC的分压作为U1仪表运放的差分负输入，R3的1管脚接VCC电源电压，R3的2管脚接P1的1管脚和U1的4管脚，P1是可插拔端子，可插入PT100或校准电阻，通过R1和PT100对VCC的分压作为U1仪表运放的差分正输入，R2的2管脚和P1的2管脚连接并接地，构成所述惠斯通电桥的电流通路，所述仪表运放U1的2管脚接R4的1管脚，U1的3管脚接R4的2管脚，通过R4与U1的内部电路组成放大倍数设置电路，C1的1管脚接U1的8管脚，C1的2管脚接U1的5管脚，构成所述仪表运放的电源滤波电路，滤除电源线上的高频干扰，U1的6管脚接U1的5管脚并接地，设置U1的基准，所述AD转换MCU，U2的9、24、36、48管脚接VCC，为U2提供正电源，U2的8、23、35、47管脚接GND，为U2提供基准电压，U2的10管脚接U1的7管脚，将所述惠斯通电桥的差分电压经所述仪表运放放大后的电压输入U2的AD采集电路，进行AD采样并计算出PT100的阻值和对应的温度。
2.根据权利要求1所述的PT100测温电路，其特征在于所述的R1、R2、R3、R4为精度为0.1％的高精度低温漂电阻，所述U1为德州仪器公司的INA826低温漂高精度仪表运放，所述U2采用意法半导体公司的STM32F103C8T6通用型MCU芯片。
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|---|---|---|---|---|
| CN111765985A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-10-13 | 杭州棒糖网络科技有限公司 | 一种基于12位adc实现高精度测温的电路及方法 |
| CN113091773A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-07-09 | 北京大学 | 一种惠斯通电桥式传感器的零位温度漂移估算方法 |
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