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PT100是将温度信号转换为电阻输出其电阻值变化范围为0~200Ω。AD转换器只能对电压进行转换无法采集直接采集温度因此需要一个1mA恒电流源给PT100供电将电阻变化转换为电压变化。使用恒流源的好处可以延长传感器寿命。由于输入信号范围为0~200mV因此需要将信号放大然后进行AD转换得到电信号数据。
不采用恒压源设计的原因
若采用恒压源供电然后再将电阻和PT100串联,通过分压来实现有点问题就是当PT100阻值太小时流过PT100的电流太大导致传感器寿命变短。 2、运放采用MCP604
MCP604特点
1)电压范围为2.7~6.0V
2)输出为Rail-to-Rail
3)工作温度范围-40°C to 85°C
4)输入补偿电压Input Offset Voltage为±3mV典型值为1mV高灵敏度。
5)输入偏置电流Input Bias Current为1pA当TA 85°C时I20pA提高采集精度。
6)线性输出电压摆动 Linear Output Voltage SwingVSS0.1 ~ VDD–0.1单位为V。
当电源电压为3.3V时线性输出电压摆动为0.1~3.2V。为了保证放大信号工作在线性区因此当VDD3.3V时我们设置MCP604输出电压保持在0.5V ~ 2.5V满足运放电路设计需求。 3、电路图 Vo4 (Vin1 - Vref)*10
Io1mAVrefVo31.65V
1.7VVin1.9V1.7VV021.9
1.8VVo12V,保证运放工作在线性区这个很重要
0.5VVo42.5V,保证运放工作在线性区这就是为什么需要串联50Ω的原因。
当输入电阻变化1Ω时Vout就变化为10mV。由于MCP604输入补偿电压为±3mV因此当有0.3333Ω变化时就会3.333mV变化采集灵敏度较高。
0Rin200Ω输入时由于回路串联50Ω50ΩRx250Ω
Vin1 - Vref Rx*0.001单位A 4、软件校准
初出道的工程师总是想方设法提高电阻的精度然而误差还是很大。还有的工程师干脆用连续可调电阻通过调节其电阻值配合万用表让输出满足传递关系式这种精度好像是得到了提高但不方便生产另外PCB设计难度也增加了。即使调试好了要是用手误摸调节螺丝可能会带来误差。唯一的方法就是用固定电阻生产采用软件帮忙实现精准的校准。
1)当Rin0时读到一个电压值记录为V50。保存V50它不会随PT100阻值的变化而改变因为采用的是恒流源供电。
2)接入标称电阻令Rs100Ω读到一个电压值记录为V150。保存V150它温度为0时读到的电压值。
3)计算电流放大倍数Io (V150 - V50) / Rs保存Io就表示校准好了。
4)当输入电阻为R时读到电压为Vo则R (Vo- V50) / Io
通过以上说明软件校准具有很大的优越性不仅生产方便而且精度还高。为了提高精度也可以将输出电压分成几个区间分别校准得到不同的Io,这样输出线性度会更好。这些想法都在我的设计中得到体现。 5、计算温度
当温度小于0时
Ro*C*t^4 - 100Ro*C*t^3 Ro*B*t^2 R0*A*t R0 - Rt0
当温度大于0时Rt1A*tB*t*t 说明
Rt为t℃时铂电阻的电阻值
R0为0℃时铂电阻的电阻值100Ω
A3.9082×10^-3
B-5.80195×10^-7
C-4.2735×10^-12
