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[技术讨论] 超级干货,如何使用恒流源+运放检测PT100电路

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DVzhang|  楼主 | 2021-9-6 16:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
#申请原创# @21小跑堂
写在前面:老话说实践是检验真理的唯一标准,这句话在硬件之路上也同样适用!唯一的区别就是所处的环境职业不同,有的人可能侧重于理论和新观点的研究,有的人侧重于新场景的应用环境和需求!但是相同的是谁都离开不了谁!
扯得远了,实际上就是想说:电路做出来了,只有多调多测,才能了解其中道道!
----------------------------问题--------------------------------------------
之前在论坛发了个帖子要做PT100的检测电路,(原帖子在此)!因为是第一次做,所以当时找了些方案,看到大多数人都是用的恒流源+运放的形式!所以当时决定用运放构成一个压控恒流源然后在接入一个比例运放到MCU!
当时的电路如下图,为了得到环境的实际温度数据,我们利用之前批量时采购的PT100温度变送器模块所测的温度做对比,将两个PT100的探头用纸胶带缠在一起进行测试!经过测试之后发现MCU读到的ADC值跟实际值偏差较大,于是自然而然的将注意力转移到了恒流源电路和比例运放上!
000.png 888-0.png
所以接下来需要确认三点:
1、恒流源的电流值到底是多少?
2、放大倍数到底是多少?
3、关于失调电压和环境温度不同带来的影响?
---------------------------测试---------------------------------------------
具体测试方案如下:
1)首先将PT100替换成标准的100R电阻(精度当然越高越好,但是手头上只有1%的,所以先验证一下);
2)其次根据100R电阻两端的电压测出恒流源输出的实际电流值;
3)然后通过测量100R电阻两端电压经过比例运放后输出的电压值,就可以得出具体的放大倍数;
4)最后在将100R电阻拆掉换成PT100,通过上面测到的恒流源的电流值和放大倍数,在结合MCU采到的电压,计算出相应的温度,将结果和变送器测得的PT100温度进行对比;
当时这个方案制定的时候,就想起之前查资料的时候在论坛里看到的一篇帖子,名字是:6路PT100测量电路;(原帖子在此
最开始搜集资料的时候,看到了这个帖子,不过当时没有深究,因为第一感觉是:好麻烦啊!还用模拟开关切换来切换去,每次采样的时候先进行一波啪啪啪的开关操作并记录采样值!
现在想起来这个电路的思路基本上和这个测试方案的思路差不多,而且那篇帖子里更好的是,多进行了一步采样,这样的话根据PT100三线制的接法直接将线阻问题也抵消了!
所以有些事儿,光用眼睛看是不行的,还得动手,只有动手经历过才有发言权,不过暂时还没有时间按照那个电路图去搭建电路进行测试,不过这个思路是非常认同的!
--------------------------结果-----------------------------------------------
当时焊接了两块硬件:
一款用示波器看的波形,具体如下图,焊接100欧姆电阻时,两端电压:U100R=121mV;运放输出:UA100R=1.3V;
111-1.png 222-1.png
所以大致测得恒流源电流为:1.21mA;放大倍数为:10.7438;
在去掉100R电阻,接上PT100,此时PT100的电压是:1.436V,按照温度变化一度,阻值0.385计算,温度大概为:27度;
这个温度值是接近变送器的温度的,不过当时赶着排查原因就变送器的温度值是直接在demo程序里进DEBUG读出来的,所以就没有拍照;
333-1.png

第二款焊接之后主要是对第一款的猜想再一次进行验证,这一次是将变送器的值输出到一款断码屏上,而且没有在挂示波器,直接用的万用表测量的,因为本来就是要均值就行的!具体如下图,焊接100欧姆电阻时,两端电压:U100R=116mV;运放输出:UA100R=1.289V;
777-1.png 444-1.png
所以大致测得恒流源电流为:1.16mA;放大倍数为:11.112;
在去掉100R电阻,接上PT100,此时PT100的电压是:1.418V,按照温度变化一度,阻值0.385计算,温度大概为:25.99度;此时变送器上的PT100读出来的温度:25.7度;基本上是能准确测出来温度的!
666-1.png 555-1.png
--------------------------写在后面-----------------------------------------
这一次的测试是在室温下测试的,而且样品数量较少,也没经过长时间测试,主要是对问题的排查和验证,所以暂时没有暴露出来失调电压和环境温度带来的影响!而且精度不高,所以目前的样品处理方式是,进行一次标定将电流值和放大倍数带来的误差给消除掉!果然理论是指引你要朝那个方向走,实践是看你具体能走到哪一步,你所走的地方是不是达到你心里想要到达的位置!二者缺一不可!
而且之前搜集资料的时候就发现吧,不管是讨论各种理论计算的,还是求教各种应用场景的,其实同一件事儿不同的人总会有不同的看法!走好自己的路就好了,就像莎士比亚说的:There are a thousand Hamlets in a thousand people's eyes.
所以漫漫硬件路还是:多看,多听,少说,多做再加静坐常思己过!哈哈哈--------

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21小跑堂 打赏了 40.00 元 2021-09-07
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

luohao316| | 2021-9-15 10:36 | 显示全部楼层
这个电路对吗?能不能把恒流的原理讲解一下?

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DVzhang 2021-9-18 11:05 回复TA
负载增加产生的额外电压反馈到输入端,从而使输出电压增加达到恒流的目的!可以仿真一下,看一下各个输入输出节点的参数,更直观! 
怀揣少年梦| | 2021-9-18 08:31 | 显示全部楼层
这个电流源的原理是?

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怀揣少年梦 2021-9-18 16:03 回复TA
@DVzhang :原来如此,仿真一下。多谢 
DVzhang 2021-9-18 11:05 回复TA
负载增加产生的额外电压反馈到输入端,从而使输出电压增加达到恒流的目的!可以仿真一下,看一下各个输入输出节点的参数,更直观! 
daye520| | 2021-9-21 20:01 | 显示全部楼层
这个能收藏吗?

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DVzhang 2021-9-22 09:14 回复TA
可以收藏,不过我这个还是有缺憾的,就是每路都必须校准,建议你收藏我帖子里第二个超链接的帖子(6路PT100)这个的话将校准这一步直接通过开关芯片切换做了 
yuchl| | 2021-9-22 10:51 | 显示全部楼层
不错,学习了!

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