PT100温度采集

1、信号采集的基本原理

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，I=20pA，提高采集精度。

6)线性输出电压摆动 （Linear Output Voltage Swing）：VSS+0.1 ~ 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VDD=3.3V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

Io=1mA，Vref=Vo3=1.65V

1.7V<=Vin<=1.9V，1.7V<=V02<=1.9

1.8V<=Vo1<=2V,保证运放工作在线性区，这个很重要

0.5V<=Vo4<=2.5V,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。

0<=Rin<=200Ω输入时，由于回路串联50Ω，50Ω<=Rx<=250Ω

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Rin=0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Rs=100Ω，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 - Rt=0

当温度大于0时，Rt=1+A*t+B*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

A=3.9082×10^-3

B=-5.80195×10^-7

C=-4.2735×10^-12