RTD Pt100的一種單電源信號(hào)調(diào)理電路

　　摘要：介紹一種由單電源CMOS四運(yùn)算放大器MCP604實(shí)現(xiàn)電阻式溫度傳感器Pt100的激勵(lì)和信號(hào)放大電路。其中，Pt100由MCP604中兩個(gè)放大器形成的浮動(dòng)電流源激勵(lì);采用3線制接入由運(yùn)放組成的引線補(bǔ)償電路中進(jìn)行引線補(bǔ)償：補(bǔ)償后的電壓信號(hào)由MCP604中另外兩個(gè)放大器構(gòu)成的放大電絡(luò)進(jìn)行采樣放大。

　　1、引言

　　電阻式溫度檢測(cè)器（ResistanceTemperatureDecector、RTD）是一種電阻值隨溫度變化的傳感器，所以可通過測(cè)量電阻值來完成溫度測(cè)量。一般有3種方法測(cè)量電阻值：①歐姆表：②在恒電流激勵(lì)下測(cè)量電阻兩端電壓降；③在恒電壓激勵(lì)下測(cè)量流過電阻的電流。溫度傳感器電路中常采用方法②來完成溫度測(cè)量。電橋是最常用的方式，但其輸出信號(hào)與橋臂電阻是非線性函數(shù)關(guān)系，需要后續(xù)線性化處理，如采用硬件電路，或利用查找表的方法通過軟件來對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。

　　本文提出丁一種非電橋的電蹄形式，不僅對(duì)傳感器進(jìn)行恒定電流激勵(lì)，而且電路輸出信號(hào)與傳感器電阻值滿足線性關(guān)系。該電路應(yīng)用在“變電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”中，實(shí)現(xiàn)對(duì)三路溫度信號(hào)的檢測(cè)，運(yùn)行效果良好。

　　下面以其中一路溫度傳感器的激勵(lì)和采樣調(diào)理電路來進(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(xiàn)性和穩(wěn)定性。利用鉑的這種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，如Ptl00、Ptl000。它們不僅被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國(guó)家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。Pt100在-200℃～+850℃內(nèi)比熱電偶更精確、線性度更睦，兩端產(chǎn)生的壓降遠(yuǎn)大于熱電偶的輸出，且不需要冷端補(bǔ)償。此外，Ptl00還具有抗振動(dòng)、防腐蝕、良好的互換性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于低中溫測(cè)量。

　　Ptl00的電阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系

　　2.2、溫度傳感器Pt100的應(yīng)用要點(diǎn)

　　Pt100在實(shí)際使用時(shí)，有以下應(yīng)用要點(diǎn)：

　　（1）選型應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用溫度測(cè)量范圍、精度、尺寸及安裝固定方式口。

　?。?）允許流過的電流應(yīng)小于5mA。在進(jìn)行電流源激勵(lì)Pt100（特別是采用電橋的電路形式）時(shí)，應(yīng)注意滿足該條件，否則會(huì)造成Pt100自熱而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。一般激勵(lì)電流采用lmA，甚至更小

　　（3）電路接入方式一般有兩線制、三線制和四線制，引出線示意圖如圖1所示。二線制時(shí)傳感器電阻值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成總的電阻值，所以導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差會(huì)使實(shí)際測(cè)量值偏高，一般適用于低測(cè)量精度且引線較短的場(chǎng)合;三線制要求三根引線截面積和長(zhǎng)度均相同，引線（正負(fù)線）電阻產(chǎn)生的影響才能相互抵消，，工業(yè)中一般都采用三線制;四線制用在測(cè)量精度高且變化很小的場(chǎng)合，因?yàn)樵谶@些場(chǎng)合下引線電阻可能引入明顯誤差，這時(shí)可利用其中的兩條引線提供恒定電流，另兩條引線提供未知電阻的電壓降，，四線制也是常用方式。

　?。?）誤差。

　　溫度傳感器在測(cè)量過程中主要誤差來源有傳感器對(duì)分度表的誤差;絕緣不良引起的誤差;線路電阻引起的誤差;測(cè)量?jī)x表的誤差以及傳熱誤差、動(dòng)態(tài)相應(yīng)誤差、千擾誤差等。其中有些誤差只有在一定條件下才出現(xiàn)，并且可通過一定措施來減小或消除。本文除了采用三線制的接入方式來減小引線電阻的影響外，還采用了二階有源濾波放大電路來減小外部干擾所帶來的誤差。

　　3、單電源溫度測(cè)量的完整電路

　　由MCP604構(gòu)成單電源溫度檢測(cè)的完整電路如圖2，電路由精密浮動(dòng)電流源、引線補(bǔ)償和二階低通有源濾波放大電路三部分組成。