pt100温度测量电路图(电子发烧友)

PT100温度传感器测量电路温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃至 650℃的范围.本电路选择其工作在 -19℃至500℃范围。

整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分。

前置放大部分原理图如下：工作原理:传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.按照 PT100 的参数,其在 0℃到 500℃的区间内,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为10.466 。

关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。

实际上，500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数字仅仅为 450 个字，因此，公式中的 500℃在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。

450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。

其实，计算的方法有多种，关键是要按照传感器的 mV/℃为依据而不是以被测温度值为依据，我们看看加上非线性校正系数：10.47*1.1117=11.639499 ，这样，热心朋友的计算结果就吻合了。

常用电路图R2、R3、R4 和Pt100 组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431 稳至2.5V。

从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。

电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3 可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。

放大电路采用LM358 集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 5.1 所示，前一级约为10 倍，后一级约为3倍。

温度在0~100 度变化，当温度上升时，Pt100 阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av 对应升高。

注意：虽然电桥部分已经经过TL431 稳压，但是整个模块的电压VCC 一定要稳定，否则随着VCC 的波动，运放LM358 的工作电压波动，输出电压Av 随之波动，最后导致A/D 转换的结果波动，测量结果上下跳变。

铂热电阻阻值与温度关系为：式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。

可见Pt100 在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1 摄氏度，Pt100 阻值近似变化0.39 欧。

Pt100 的分度表（0℃~100℃）程序处理一般在使用PT100 的温度采集方案中，都会对放大器LM358 采集来的模拟信号A V进行温度采样，即进行A/D 转换。

A/D 处理包括两方面内容，一是A/D 值的滤波处理，二是A/D 值向实际温度转换。

由于干扰或者电路噪声的存在，在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象，甚至会出现信号的高低波动，为了减小这方面原因造成的测量误差，在实际采样时采样18 个点，然后再除去其中偏差较大的两个点，即一个最大值和一个最小值，再对剩余的16 个点取均值，这样得到的A/D 转换结果比较接近实际值。

3。

2温度检测电路
温度检测电路主要检测的是Pt100传输的电压信号,采用三线制接法，可分为恒流源电路、桥式检测电路及放大输出电路,其电路图如图3所示。

图3 温度检测电路
3.2。

1恒流源电路
为调高电路的抗干扰能力，采用恒流源为温度检测电路供电，其电路图如图4所示.该电流源利用了稳压管的特性，可通过调节电阻R1获得0。

58mA~11。

96mA的恒定电流。

而由于Pt100在2mA情况下线性度较好，此处调节R1使得恒流源输出2mA.
图4 恒流源电路
3。

2。

2桥式检测电路
桥式检测电路如图5所示。

Pt100在2mA条件下有较好的线性度且温度在0～150℃范围内每升高1℃阻值增加0。

3908Ω。

另外，通过调整电阻R5使Pt100在0℃输出为0V，这样即可根据输出电压值求出相应温度.
图5 桥式检测电路
3.2。

3放大输出电路
由于桥式检测电路输出信号较小,需通过放大电路进行信号放大，其电路如图6所示。

根据电路图可知最终输出电压为
.由于单片机读取模拟量信号范围为0～3V，在假定量程为0~150℃的情况下,温度每增加1℃输出电压增大20mA，因此调节R12为279Ω即可。

图6 放大输出电路。

电阻温度检测器（RTD）除了用于测量温度的热电偶，仪器仪表工程师经常使用电阻温度检测器或RTD。

这些设备的直流电阻变化（几乎）作为线性温度的函数。

或许其中最常见的是PT100，铂为基础的传感器，其电阻在0℃，正是100欧姆，（见表1）。

由于传感器的温度升高其电阻也是如此，在一个合理的线性方式。

表1显示了一个PT100传感器的电阻随温度的变化。

而温度系数略有不同在一个很宽的温度范围内，（通常为0.0036至0.0042欧姆/ º C），它可以被认为是合理恒定在50或100 º C范围内。

普遍接受的平均温度系数为0.00385欧姆每ºC。

据此，PT100往往可以在不超过这个范围线性化使用提供相应的系数进行评估。

这个装置也能承受的温度范围很广，从-200到800 º C的能力，以及一些应用中的温度系数的变化可以容忍的。

此外，PT100提供了稳定和可重复的温度特性。

对于给定的基极电阻R O，一个RTD电阻在T º C为：或ααooRTRTTTTRTR-=--+=)())(1()(... (1)其中R O是基极电阻对应到T O，（在0 º C 100欧姆）和是温度系数（每º C0.00385Ohms）。

因此，R（100℃）= 138.5欧姆。

这种近似提供了相当良好的温度估计高达约300℃，如图1所示，在此之后，非线性就不言而喻了。

图1。

RTD线性模型与实际特性方程（1）假设，在RTD的非线性特性可以忽略不计，即该设备完全是线性的，而许多应用这种近似是可以接受的，这里需要一个更精确的非线性模型，必须使用，如公式概述（ 2）。

))100(1()(32TTCBTATRTRo-+++=（2）其中：A = 3.908E - 3，B = - 5.775E - 7和C = - 4.183E - 12 T <0，C =为T 0> 0。

温度信息可以从一个RTD通过测量其电阻，或者通过应用已知的电流并测量产生的电压，反之亦然。

PT100三线制测量电路2007年10月02日星期二下午02:40引言PT100 是一种广泛应用的测温元件,在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。

由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以本模块需要进行非线性校正,一般的模块采用模拟电路校正,这种校正的精度不高,而且温漂等受干扰的程度也比较大。

本模块采用了软件查表插值的方法进行校正,最后转换成III型信号。

III型信号是当被测信号从下量程到上量程(0%~100%)变化时,输出线上对应4－20mA 电流的变化。

此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口,可以直接和任何MODBUS口连接。

图1 采样电路图2 主机电路系统设计整个模块基于AVR新型的Atmega16单片机,采用三线制形式,这样可以去除导线电阻带来的零点不准确,经过差分放大电路直接得到0~5V的信号电压,这样就可以直接输入到A/D转换器。

数据处理部分,将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到闪存中,这样,将得到电压值回算到电阻值,这样进行查表,当电阻位于某一段之间时,再进行线性处理,这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。

D/A转换系统采用373芯片作为锁存器,采用权电阻网络进行D/A转换,这样可以节省成本,而且精度也可以得到保证。

最后再经过一个电压电流转换部分,把信号以III型信号传送出去,完成模块的功能。

图4 V/I转换电路图5 485通讯电路采样电路采样电路如图1所示,PT100以三线制接到J0,这样连接PT100的两侧的导线长度相等,而且分别加在两侧的桥臂上,这样导线电阻得以消除,当 PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值,以调整温度下限,当温度范围是0~300℃时,电桥电压经过放大后,Anolog0的电压正好是0~5V, 这样可以完整使用单片机的A/D转换器的转换精度。

主机电路主机电路如图2。

CPU采用Atmega16 ,它自带8路10位A/D转换器,转换速度快,精度高,而且不需要外扩任何器件。

PT100与热敏电阻相反,热敏电阻温度越高电阻值越小pt100温度测量电路,温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至650℃ 的范围.本电路选择其工作在 -19℃ 至500℃ 范围.整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分.前置放大部分原理图如下:工作原理:传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.按照 PT100 的参数,其在0℃ 到500℃ 的区间内,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：温度℃PT100 阻值Ω传感两端电压 mV0 100.00 124.381 100.39 124.850 119.40 147.79100 138.51 170.64150 157.33 192.93200 175.86 214.68250 194.10 235.90300 212.05 256.59350 229.72 276.79400 247.09 296.48450 264.18 315.69单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到 PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为 10.466 。

关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。

1 工作原理本系统可以分为五大部分：热电阻温度采集、运行状态显示、继电器控制、键盘输入、风向步进电机控制。

2.1 热电阻温度采集热电阻传感器以其温度特性稳定、测量精图1 Pt1000热电阻温度测量电路度高的特点，在大型中央空调得到了广泛的应用。

采用Pt1000热电阻作为温度传感器的测量电路原理图如图1 所示。

热电阻Rt 与三个电阻接成电桥。

当温度变化时，使得运算放大器的同相输入端的电位发生变化，经过运算放大器放大之后输入到Atmega16单片机进行AD 转换。

由于单片机采用5V 电压作为ADC 的参考电源，而电桥在温度变化为0～100°C 时，输出电压范围为0～0.7V ，所以确定运算放大电路的放大倍数为7,以获得最佳的测量结果。

运算放大电路的电阻按以下公式确定：71045==iu u R R ＋ 456//R R R =取Ω===860,1,6645R k R k R 。

输出电压变化范围大致是0～5V 。

由于ADC 的转换精度为10,故当输入电压为5V 时，其采样值为1023,根据电桥平衡原理，可得到以下公式：)21(1023750-+•=•t t R R R U N V （1） 其中，N ——ADC 数据寄存器的值，U ——电桥电源电压，0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

Pt1000热电阻的阻值按以下公式计算：:)1(20t B t A R R t ⋅+⋅+= （2）Rt ——温度为t 时铂热电阻的电阻值，Ω；t ——温度，℃；0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

A ——分度常数，A ＝0.00728B ——分度常数，B ＝-0.000000626用Visual 根据以上公式（1）、（2）生成用N 来查找温度t 的程序表格，其代码如下：Private Sub Pt1000()Me .Cursor = Cursors.WaitCursortxtTab.Clear()Dim U As Integer = 9 '电桥电源电压'热电阻0度时的电阻值Dim Pt1000_R0 As Integer = 1000Dim n As IntegerDim sngT As SingleDim sngRt As SingletxtTab.AppendText("const float Pt1000Tab[]={" & Chr(13) & Chr(10))For n = 0 To 1023sngRt = (10000 * n + 7161000 * U) / (7161 * U - 10 * n)sngT = (-const_A + Sqrt(const_A ^ 2 - 4 * const_B * (1 - sngRt / Pt1000_R0))) / (2 * const_B) If n < 1023 Then txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & ", /* " & n & " */")Else txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & " /* " & n & " */" & Chr(13)& Chr(10) & "};")End IfIf n Mod 5 = 0 ThentxtTab.AppendText(Chr(13) & Chr(10))End IfNexttxtTab.SelectAll()txtTab.Copy()Me .Cursor = Cursors.DefaultEnd Sub生成的程序常数表格（1024个值）部分如下：const float Pt1000Tab[]={0.0, /* 0 */ 0.1, /* 1 */0.2, /* 2 */0.2,……63.4, /* 696 */63.5, /* 697 */……99.3, /* 1022 */99.4 /* 1023 */};2.2 运行状态显示本系统采用一块16×4的字符型液晶模块，这种类型的LCD应用很广泛，其控制驱动主芯片为HD44780及其扩展驱动芯片HD44100（或兼容芯片），少量阻、容元件，结构件等装配在PCB板上而成。

常用电路图R2、R3、R4 和Pt100 组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431 稳至2.5V。

从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。

电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3 可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。

放大电路采用LM358 集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图 5.1 所示，前一级约为10 倍，后一级约为3倍。

温度在0~100 度变化，当温度上升时，Pt100 阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压A v 对应升高。

注意：虽然电桥部分已经经过TL431 稳压，但是整个模块的电压VCC 一定要稳定，否则随着VCC 的波动，运放LM358 的工作电压波动，输出电压A v 随之波动，最后导致A/D 转换的结果波动，测量结果上下跳变。

铂热电阻阻值与温度关系为：式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。

可见Pt100 在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1 摄氏度，Pt100 阻值近似变化0.39 欧。

Pt100 的分度表（0℃~100℃）程序处理一般在使用PT100 的温度采集方案中，都会对放大器LM358 采集来的模拟信号A V进行温度采样，即进行A/D 转换。

A/D 处理包括两方面内容，一是A/D 值的滤波处理，二是A/D 值向实际温度转换。

由于干扰或者电路噪声的存在，在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象，甚至会出现信号的高低波动，为了减小这方面原因造成的测量误差，在实际采样时采样18 个点，然后再除去其中偏差较大的两个点，即一个最大值和一个最小值，再对剩余的16 个点取均值，这样得到的A/D 转换结果比较接近实际值。

实用PT100测温电路两例概述PT100铂热电阻是一种常用的温度传感器。

其测温原理是利用了金属铂自身电阻随着温度近乎线性变化的特点。

相较于其他测温元件（热电偶和热敏电阻），PT100铂热电阻的热稳定性好、精度高、漂移小，通常用在-200℃~600℃范围内的精密测温系统中。

PT100测温探头一般有2线、3线和4线这几种引线方式。

3线和4线的引线方式，主要是为了后面的调理电路能修正引线电阻带来的影响。

当然，引线越多，探头价格越贵。

PT100铂热电阻在0℃时是100Ω，当温度每变化1℃，电阻变化约0.385Ω。

如果引线电阻1Ω，那么会引入大约2.56℃的误差。

所以设计时应根据实际情况，选用不同的引线方式。

对于要求不高，引线不长（<0.5米）的系统，此时引线电阻很小，一般几十毫欧，引线电阻引入的误差可以忽略，推荐使用2线方式。

对于引线比较长的系统，引线电阻比较大，而且阻值不可预测，则应使用3线或4线方式。

根据IEC60751标准，PT100铂热电阻的阻值与温度之间关系如下：其中：下表是PT100铂热电阻的温度-电阻速查表：温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω温度℃电阻值Ω-20018.5220107.79240190.47460267.56-18027.1040115.54260197.71480274.29-16035.5460123.24280204.90500280.98-14043.8880130.90300212.05520287.62-12052.11100138.51320219.15540294.21-10060.26120146.07340226.21560300.75-8068.33140153.58360233.21580307.25-6076.33160161.05380240.18600313.71-4084.27180168.48400247.09620320.12-2092.16200175.86420253.96640326.480100.00220183.19440260.78660332.79表1PT100温度-电阻速查表PT100铂热电阻温度采集系统主要有两种实现方式：1.恒流方式，2.电桥方式。

PT100与热敏电阻相反,热敏电阻温度越高电阻值越小pt100温度测量电路,温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至650℃ 的范围.本电路选择其工作在 -19℃ 至500℃ 范围.整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分.前置放大部分原理图如下:GAGGAGAGGAFFFFAFAF传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式.按照 PT100 的参数,其在0℃ 到500℃ 的区间内,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：GAGGAGAGGAFFFFAFAF单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到 PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为 10.466 。

关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。

实际上，500 个字的理想值GAGGAGAGGAFFFFAFAF是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数字仅仅为 450 个字，因此，公式中的500℃ 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。

450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。