差分运放,PT100采集处理电路设计

tongshanxian · 发表于 2024-7-21 08:39:48

PT100是正温度系数的热敏电阻，顾名思义，随着温度的升高，电阻的阻值变大；相反，如果随着温度的升高，电阻的阻值变小，就是负温度系数的热敏电阻。之所以叫做PT100，是因为在0度时其阻值为100欧姆。

PT100之所以应用很广泛，不仅仅是因为测温范围比较宽宽更因为它的线性度非常好，也就是温度每升高一度，其电阻升高的值基本一致，约0.38-0.39欧姆对应1度，通过惠斯通电桥可以测量某个桥臂电阻的变化情况，那么本方案就利用电桥来设计PT100的温度采集方案。由于电桥出来的信号是查分信号且信号较小，所以要通过差分运放将其放大后再送入单片机进行AD采集，本方案选用AD623作为差分运放芯片，这是一颗轨到轨的运放，即能输出的最大电压为供电电压。

做方案时要考虑如下几个问题：A. 测温范围是多少，这决定了其他三个电阻的阻值该如何选取；B. 运放、单片机的供电电压是多少，这决定了运放的放大倍数如何设计，即最大输出不能超过单片机的AD参考电压；本方案的测温范围为0-200℃，单片机供电电压为3.3V，设计电路图如下：

通过电路图可以看出如下几个问题：A. 运放的增益电阻R51为3.3K，即放大倍数为G=（1+100/3.3）=31.3，具体详情可参考AD623的数据手册；B. 电阻R2=82Ω，即当PT100也为82Ω时，电桥平衡，差分电压为0；C. 运放能输出的最大电压为3.3V，放大倍数为31.3倍，所以最大的输入电压为3300/31.3=105.4mV，R5两端的电压为固定值V2=2.5×2000/2082=2401.5mV，那么R4两端能输出电压为（2401.5-105.4）mV=2296.1mV，即R1最大为（5000/2.296）-2000=177.7Ω；
通过以上计算即可得出，R1的变化范围为(82-177.7)Ω，即测温范围为(-43~205)摄氏度，满足测温范围为(0-200)℃的要求。
电路设计完成后，就可以变成写程序实现温度的采集了。附温度-电阻对应表：

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