深入剖析三线制 PT100 变送器测温电路原理

出处:网络整理时间:2026-07-08
  在电子测量领域,温度测量是一项至关重要的任务。三线制 PT100 变送器测温电路凭借其高精度、稳定性等优势,被广泛应用于各种工业和民用场景中。
  这个三线制 PT100 变送器测温电路主要由恒流源电路和差动放大电路两部分组成。恒流源电路对于提供稳定的激励电流至关重要,它主要由电压基准芯片 LM358 - 2.5 和高精度运放 KTA2333 以及三极管 Q1、Q2 组成的达林顿管(为了减小 Ib )构成。运放 KTA2333 具有输入失调电压和失调电流都很小的优点,而且价格便宜,大概一两块钱,是一款性价比很高的芯片。
  可以看到,上半部分为一个恒流源电路,R2 为电流检测电阻(选取高精度低温漂)。根据运放负反馈原理,R2 两端的电压会等于 U2 基准源两端的电压 Ud。由于 Q1 和 Q2 均处于放大状态,所以 ib 会很小很小(ic/β/β),Ib 基本忽略不计。因此,流过 R2 的电流即为 Ie = Ud/R2 = 2.5V/2.7K≈0.926mA,终 PT100 的激励电流为 Ic = Ie - Ib≈Ie = 0.926mA。电流流向示意如下:
  下方的放大器电路为了获得高增益选择了一个 T 型网络作为反馈。由于 R8//R9 阻值相对 200KΩ 和 100KΩ 来说很小(具体看戴维南等效),其输入输出传递函数可以根据叠加定理去计算。
  又根据三线法抵消线阻原理可得 RT = (U1 - 2U2)/I 。为了更直观地理解,下面给出示意图,图中 Rwire1~3 为接线的线阻:
   在理想状态下,Rwire1~3 是相等的(理想状态下接线长度,以及接触阻抗等均相同),所以说 RT(PT100)两端的实际压降应该为 U1 - 2*U2,即 RT = (U1 - 2U2)/I。实物接线图如下:
    且由于激励电流为 I = Ud / R2 ,所以终 RT 关于 Uo 的公式为:RT = Uo/11/I = (Uo * 2700)/ (112.5) 。经运放 U1.2 差动放大后的信号经 R10,C4 进行低通滤波后送的 AD 转换器进行数字化测量,再根据测出的 RT 值查找 PT100 分度表并经插值运算即可得到温度值。
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