平時(shí)做測(cè)溫項(xiàng)目，很多人喜歡圖省事，直接用DS18B20或者DHT11這種有源器件 。但在真正需要嚴(yán)苛精度的工業(yè)場(chǎng)合，鉑電阻（比如PT100）等無(wú)源器件才是絕對(duì)的主力 。
但是，很多新手拿到PT100只會(huì)做最簡(jiǎn)單的電阻分壓，結(jié)果溫度一變化，數(shù)據(jù)就飄得親媽都不認(rèn)識(shí)。問(wèn)題出在哪？出在你的檢測(cè)電路上！今天咱們就來(lái)深度剖析一個(gè)網(wǎng)上非常經(jīng)典的PT100測(cè)溫電路，看看真正的高手是如何榨干傳感器每一絲精度的 。
這個(gè)電路的大體思路，其實(shí)就是類(lèi)似儀器測(cè)量中極其經(jīng)典的“開(kāi)爾文式測(cè)電阻法” 。為了把這個(gè)思想落地，設(shè)計(jì)師把電路巧妙地劈成了兩半：左側(cè)的運(yùn)算放大器作為一個(gè)恒流源，右側(cè)的儀表運(yùn)算放大器相當(dāng)于一個(gè)高精度的電壓表 。
教科書(shū)級(jí)別的“簡(jiǎn)易恒流源”（LM324區(qū)）
要精準(zhǔn)測(cè)量電阻，第一步是必須給它一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的激勵(lì)電流。左側(cè)電路用了一顆LM324運(yùn)算放大器，硬生生逼出了一個(gè)精準(zhǔn)的0.1mA恒流源 。
這里必須祭出模電的兩大護(hù)法：虛短和虛斷 。 由于電路存在負(fù)反饋，運(yùn)放的反相輸入端會(huì)被強(qiáng)制拉到和同相輸入端一樣的電壓，也就是穩(wěn)穩(wěn)的2.5V 。又因?yàn)檩斎攵颂摂啵瑳](méi)有電流能流進(jìn)運(yùn)放，所以電流只能乖乖按照綠色的路線，穿過(guò)PT100，然后全部流過(guò)底部的24.9K采樣電阻 。
我們來(lái)算筆賬：2.5V 除以 24.9K，流過(guò)PT100的電流精確為 0.1mA 。這個(gè)微小的電流完美避免了傳感器因電流過(guò)大而產(chǎn)生的自熱誤差。
極高輸入阻抗的“微壓捕手”（AD623區(qū)）
有了0.1mA的恒流，PT100兩端就會(huì)產(chǎn)生壓降。假設(shè)當(dāng)前溫度下PT100的阻值正好是100Ω，那么它兩端產(chǎn)生的壓降只有：0.1mA 乘 100Ω 等于 10mV 。
這么微弱的信號(hào)很容易被干擾淹沒(méi)，所以右側(cè)差分放大采用了ADI的儀表放大器AD623 。為什么要用儀表運(yùn)放？因?yàn)樗哂袠O高的輸入阻抗，不會(huì)從原電路里吸走電流，保證了測(cè)量的原汁原味 。
圖中設(shè)定的增益為20倍 。那么輸出給后級(jí)的電壓就是 10mV 放大20倍，變成了舒舒服服的 200mV 。隨后，這個(gè)信號(hào)穿過(guò)由R65和C51組成的RC低通濾波器，穩(wěn)穩(wěn)地送給單片機(jī)的ADC去采集，最后反推阻值計(jì)算環(huán)境溫度 。
到底什么是開(kāi)爾文測(cè)電阻法？
如果你仔細(xì)看圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)PT100連出來(lái)的線有四根。肯定有新手會(huì)杠：常規(guī)的兩線法測(cè)電阻不行嗎？這就要看最后這張對(duì)比圖了。
開(kāi)爾文測(cè)電阻法（又稱四線法測(cè)電阻，臺(tái)式萬(wàn)用表一般都有）相比于常規(guī)的兩線法，最大的好處在于可以將引線上的線上電阻去掉，從而大幅提高測(cè)量精度 。
在實(shí)際工程中，傳感器引線往往很長(zhǎng)，如果用兩線法，引線本身的寄生電阻會(huì)和PT100串聯(lián)在一起被測(cè)進(jìn)去。而四線法的核心奧義在于：供電的線和測(cè)量電壓的線是分開(kāi)的。因?yàn)闇y(cè)量回路連接的是高阻抗輸入端，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，也就沒(méi)有壓降損失，完美剔除了引線誤差 ！當(dāng)然，在測(cè)量小電阻的情況下，如果想要獲得更精準(zhǔn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，相應(yīng)的還要提高激勵(lì)源的電流 。
這個(gè)電路沒(méi)有多余的花架子，每一個(gè)元件都在為了消滅誤差而服務(wù)。看懂了它，你對(duì)模擬前端電路的理解絕對(duì)能上一個(gè)臺(tái)階！
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