RTD Pt100的一種單電源信號調理電路
1、引言
電阻式溫度檢測器（ResistanceTemperatureDecector、RTD）是一種電阻值隨溫度變化的傳感器，所以可通過(guò)測量電阻值來(lái)完成溫度測量。一般有3種方法測量電阻值：①歐姆表：②在恒電流激勵下測量電阻兩端電壓降；③在恒電壓激勵下測量流過(guò)電阻的電流。溫度傳感器電路中常采用方法②來(lái)完成溫度測量。電橋是最常用的方式，但其輸出信號與橋臂電阻是非線(xiàn)性函數關(guān)系，需要后續線(xiàn)性化處理，如采用硬件電路，或利用查找表的方法通過(guò)軟件來(lái)對結果進(jìn)行修正。
本文提出丁一種非電橋的電蹄形式，不僅對傳感器進(jìn)行恒定電流激勵，而且電路輸出信號與傳感器電阻值滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系。該電路應用在“變電站運行監測系統”中，實(shí)現對三路溫度信號的檢測，運行效果良好。
下面以其中一路溫度傳感器的激勵和采樣調理電路來(lái)進(jìn)行論述。
2、電阻式溫度傳感器Ptl00
2.1、鉑溫度傳感器Ptl00概述
金屬鉑（Pt）的電阻值隨溫度而變化，并具有良好的重現性和穩定性。利用鉑的這種物理特性制成的傳感器稱(chēng)為鉑電阻溫度傳感器，如Ptl00、Ptl000。它們不僅被廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計（涵蓋國家和世界基準溫度）供計量和校準使用。Pt100在-200℃～+850℃內比熱電偶更精確、線(xiàn)性度更睦，兩端產(chǎn)生的壓降遠大于熱電偶的輸出，且不需要冷端補償。此外，Ptl00還具有抗振動(dòng)、防腐蝕、良好的互換性、重現性和穩定性等優(yōu)點(diǎn)，常應用于低中溫測量。
Ptl00的電阻值與溫度的函數關(guān)系
Pt100在實(shí)際使用時(shí)，有以下應用要點(diǎn)：
�。�1）選型應根據實(shí)際使用溫度測量范圍、精度、尺寸及安裝固定方式口。
�。�2）允許流過(guò)的電流應小于5mA。在進(jìn)行電流源激勵Pt100（特別是采用電橋的電路形式）時(shí)，應注意滿(mǎn)足該條件，否則會(huì )造成Pt100自熱而影響測量準確度。一般激勵電流采用lmA，甚至更��；
�。�3）電路接入方式一般有兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制和四線(xiàn)制，引出線(xiàn)示意圖如圖1所示。二線(xiàn)制時(shí)傳感器電阻值與連接導線(xiàn)電阻值共同構成總的電阻值，所以導線(xiàn)電阻帶來(lái)的附加誤差會(huì )使實(shí)際測量值偏高，一般適用于低測量精度且引線(xiàn)較短的場(chǎng)合;三線(xiàn)制要求三根引線(xiàn)截面積和長(cháng)度均相同，引線(xiàn)（正負線(xiàn)）電阻產(chǎn)生的影響才能相互抵消，，工業(yè)中一般都采用三線(xiàn)制;四線(xiàn)制用在測量精度高且變化很小的場(chǎng)合，因為在這些場(chǎng)合下引線(xiàn)電阻可能引入明顯誤差，這時(shí)可利用其中的兩條引線(xiàn)提供恒定電流，另兩條引線(xiàn)提供未知電阻的電壓降，，四線(xiàn)制也是常用方式。
溫度傳感器在測量過(guò)程中主要誤差有傳感器對分度表的誤差;絕緣不良引起的誤差;線(xiàn)路電阻引起的誤差;測量?jì)x表的誤差以及傳熱誤差、動(dòng)態(tài)相應誤差、千擾誤差等。其中有些誤差只有在一定條件下才出現，并且可通過(guò)一定措施來(lái)減小或消除。本文除了采用三線(xiàn)制的接入方式來(lái)減小引線(xiàn)電阻的影響外，還采用了二階有源濾波放大電路來(lái)減小外部干擾所帶來(lái)的誤差。
3、單電源溫度測量的完整電路
由MCP604構成單電源溫度檢測的完整電路如圖2，電路由精密浮動(dòng)電流源、引線(xiàn)補償和二階低通有源濾波放大電路三部分組成。
圖2中，精密浮動(dòng)電流源由基準電壓VREF、MCP604A和MCP604B等構成，形成恒定電流對Ptl00進(jìn)行激勵。假設Ptl00的電流為I，兩端電壓降為VX，MCP604A同相端為vl。經(jīng)過(guò)MCP604A同相放大后則為V2，，根據模擬電路的知識得
I=VREF/IR3（3）
由此可知，激勵Ptl00的電流I為VREF與R3的比值。因此電流I為一定值。注意，在實(shí)際制作電路中，應保證電流I《5mA。代入圖2中的參數，計算得到該恒定電流約為1.004mA，近似為1mA。
3.2、引線(xiàn)補償
在實(shí)際應用中，測試系統置于室內，而傳感器Ptl00置于室外的被測對象中，導致接入電路}均引線(xiàn)較氏，影響測量準確度除了采用低輸入失調電壓和低偏置電流的精密運算放大器外，還應盡量減小引線(xiàn)電阻所引入的誤差。如圖2中虛線(xiàn)框所示，利用MCP604C構成引線(xiàn)補償電路，Ptl00采用3線(xiàn)制與圖中的A、B和O點(diǎn)相連接。
如圖3所示，假設Ptl00的三根接入引線(xiàn)電阻分別為Rwl、Rw2和Rw3，浮動(dòng)電流源激勵Ptl00的電流為I。
RTD Pt100的一種單電源信號調理電路
3.3、二階低通有源濾波放大
由于被測溫度是緩慢變化的，從而Ptl00的輸出信號也是緩慢變化的。采用如圖4所示的二階低通有源濾波放大電路來(lái)調理信號，能有效地濾除一些低頻千擾，使得輸出信號更平滑。根據圖中參數，可計算出截止頻率fo=10Hz。
RTD Pt100的一種單電源信號調理電路
4、結論
本電路主要用于“變電站運行監測系統”的溫度檢測采樣。系統要求的溫度測量范圍為O℃一20℃、精度為土0.5℃，且監測采樣三路溫度信號。采用MCP604單電源運算放大器后，每路Ptl00的激勵和信號采樣放大都由一片MCP604完成，且后續處理中無(wú)需線(xiàn)性補償就能滿(mǎn)足設計要求。與先前的產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品的溫度采樣調理電路明顯地簡(jiǎn)化，性?xún)r(jià)比也大大地提高了。
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