干货｜聊聊RTD电路设计

来源:电子工程世界发布时间:2022-10-291961浏览

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PT100/1000含义

常见的RTD就是PT100和PT1000，100和1000指的是在温度等于0的时候，其两端电阻等于100ohm/1000ohm。

当温度上升时候，其两端电阻将会上升，其电阻的变化是非线性上升，像是抛物线一样的上升，所以RTD测温很多时候是测量其两端电压再去查表取得当前温度值，这样会更加准。

在图上看不出来有多弯，看R2还是能看出来一些，要求不高的场合也可以直接当线性的算就得了。曲线如下👇

PT100- 二线三线四线有哪些需要注意的？

2线驱动PT100和采样PT100是同一根电压线。

3线可以采集线电压做补偿。

4线开尔文采样避免导线电阻产生额外的电压误差。

三种RTD类型

PT100-2线

驱动双线RTD直接给RTD供个恒流源就行，但是恒流源到底做多大才比较合适？当在RTD两端加恒流电流时候RTD是会被加热的，RTD上的电流越大，则RTD自身发热越厉害。所以尽量不要让其发热。但是其发热也可以通过热系数”S”来计算回来。公式如下

Δ T (ºC)=P*S

找了一些手册也没见它标，那就先忽略，根据ADC能采样的电压来。我们可以看看ADC最小能分辨多大的电压去设定他的驱动电流。

找到ADX112 的手册如下

在内部PGA设定FSR等于±0.256V时候，LSB 为7.8125Uv 比较小，但我们别给他用光，虽然LSB步进是小了，ENOB也就16bit，我们可以留点余量。

PT100在温度从0℃到10℃的变化时，其电阻的变化从100~103.9，其每一℃的电阻△为0.39ohm/℃。

若是驱动电流选择1mA 则温度改变1℃就能引起50个LSB的变化。大多数场合也就足够。为了降低PT100自身发热也可以将驱动电流在搞低一些。

ADX112的共模阻抗和差模阻抗都足够大，不会分太多引起额外的误差。

参考驱动电路如下：

其中r代表导线的电阻，R代表RTD的电阻，下面在串一个R做差分采样，如果不做差分采样直接做单端采样可以不要这个R，如果做成差分采样的话，可以避免一些地线画的不好，导致地上面的电压变来变去（注：把下面的R想象成变动的电压源）。也因为ADX112内部自带差分采样的功能。如下👇

PT100-3线

三线RTD和双线RTD的区别就是多了一根黑线，三根线都是一样长的，三根导线一样长也就意味着三根导线的电阻是一样大的，

R黑1=R黑2=R红

R黑1＋R红+PT100=Total R

Total R -R黑1+R黑2=PT100

根据以上我们可以校准掉R黑1和R红的电阻。驱动电路如下，其需要两个电流源驱动，比较麻烦

其也是需要差分输入的ADC，如ADX112。

PT100-4线

若是四线驱动那就更加简单了，只需要一个恒流源就能搞定，因为其自带开尔文检测线.

在外红，外黑直接恒流源灌入，检测内红内黑的电压即可。用ADX112也能满足检测的需要。

总结

无论是3线还是4线都是为了校准导线上的电压。

RTD公差标准

TOLERANCE

TOLERANCE VALUES(℃)

RESISTANCE AT 0℃(Ω)

ERROR AT100°C(°C)

ASTM Grade B

±(0.25+0.0042·|T|)

100±0.1

±0.67

ASTM Grade A

±(0.13+0.0017·|T|)

100±0.05

±0.3

IEC Class C

±(0.6+0.01·|T|)

100±0.24

±1.6

IEC Class B

±(0.3+0.005·|T|)

100±0.12

±0.8

IEC Class A

±(0.15+0.002·|T|)

100±0.06

±0.35

IEC Class AA

±(0.1+0.0017·|T|)

100±0.04

±0.27

1/10DIN(1)

±(0.03+0.0005·|T|)

100±0.012

±0.08

通用的恒流驱动电路设计

基于CSA23和OPA50X（OP07替换为OPA50X）的恒流电路

因为OP07不支持单电源的应用，ADX112以及CSA23和OPA50X都支持单电源应用，所以OPA50X更加适合去做这个电路。不用双电源非常省事。

以下来自CSA23的手册

以下来自OPA501的手册 1.6V~5.5V都能工作

以上这种恒流驱动只适用于4线或者2线的RTD测温。

若是要三线RTD测温，则需要两个分别输出的恒流源，参考电路如下。

因为其只需要1mA的电流，所以直接用运算放大器的输出去带动就足够，这时候Rs可以选大一些。因为是高位电流采样，I1和I2同时加进去也没啥关系。

代入LTspice仿真得出以下结果

仿真代码如下

XU1 ref N003 VCC VEE N004 LT1001

V1 VCC 0 |Vin|

V2 0 VEE |Vin|

R1 N003 N001 10k

V3 ref 0 2.5

C1 N004 N003 10n

XU2 N004 RTD_P N001 0 0 CSA23

R2 RTD_P N004 50

XU3 ref N005 VCC VEE N006 LT1001

R3 N005 N002 10k

C2 N006 N005 10n

XU4 N006 RTD_N N002 0 0 CSA23

R4 RTD_N N006 50

R5 RTD_P N007 1

R6 N007 N008 100

R7 RTD_N N008 1

R8 0 N008 1

.text Vin=|"15"|

.tran 8m

.lib C:\Users\xutong\Desktop\csa2302.lib

.lib LTC.lib

.backanno

.end

CSA2302的库文件代码如下

* This is the circuit definition

.subcktCSA23 IN+ IN- VOUT REF GND

*set input and output pins

*the setting gain is equal to 50

*join to network Vo

E1 VO REF IN+ IN- 50

*join to offset 1mV m=micro Meg=mega

E2 VOUT REF value={V(VO,REF)+1m+V(IN-,0)*0.018u}

.endsCSA23

参考文档

https://www.omega.com/en-us/resources/rtd-2-3-4-wire-connections

A Basic Guide to RTD Measurements （TI公司文档）