惠氏桥测量电阻

青旅半醒 2022-10-16 12:25 274阅读 0赞

以下内容包括测量PT1000、PT100等两种电阻的电路图、注意事项和C语言代码。

1、PT1000  
下图是测量温度计探头 (PT1000) 的电阻的电路图。该电路使用5V单片机供电，PT1000的最大工作电流为0.5mA，所以要采用适当的电阻值保证元件正常工作。  
放大运算器OP07采用+5V和-5V供电，AD转换器只能采集正电压，所以要控制放大电路的放大倍数，使理论输出电压不超出+5V。

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这个电路的测电阻原理：  
1、PT1000是热敏电阻，随着温度的变化，电阻发生基本线性的变化。  
2、0度时，PT1000的电阻为1kΩ，则Ub和Ua相等，也就是说Uba = Ub - Ua = 0。  
3、假设某个温度下，PT1000的电阻为1.5kΩ，则Ub和Ua不相等。根据电压分压原理，我们可以求出Uba = Ub - Ua > 0。  
4、OP07是一个运算放大器，它的电压放大倍数A取决于外部电路，在这里A = R2/R1 = 17.5。  
5、OP07的输出电压Uo = Uba \* A。所以如果用一个电压表测量出OP07的输出电压，则我们就能反推出Uab的值。由于Ua是已知值，所以我们可以进一步计算出Ub的值。接着利用电压分压原理，我们就可以计算出PT1000的具体电阻值。这个过程可以通过软件计算实现。  
6、如果我们能知道PT1000在任意温度下的电阻值，则我们只需要根据电阻值查表就可以知道当前的温度。这个过程就是测温的过程，本文不涉及测温部分的内容。

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用C语言代码表示：  
double R1\_2 = R1 + R2; // R1和R2串联

//计算A点电压VA  
double VA\_up = (VCC / R11 + Uo / R1\_2) \* (R11 \* R12 \* R1\_2);  
double VA\_down = R11 \* R12 + R11 \* R1\_2 + R12 \* R1\_2;  
double VA = VA\_up / VA\_down; //电压VA  
printf(“VA = %f\\r\\n”, VA);

//计算B点电压VB，(利用放大倍数A)  
double VB = Uo \* R1 / R2 + VA; //电压VB  
printf(“VB = %f\\r\\n”, VB);

//计算PT1000的电阻R1000  
double R1000\_down = (VCC - VB) / R11 - VB / R1\_2;  
double R1000 = VB / R1000\_down; //PT1000的电阻R1000  
printf(“R1000 = %f\\r\\n”, R1000);

在得到PT1000的电阻R1000之后，可以通过查表的方式搜索温度探头的温度。这样得到的温度精度为1℃。假设相邻两度之间的电阻随着温度线性变化，则可以进一步计算得到精度为0.1度的温度。当然这个过程也通过程序完成。

注，由于OP07需要双电源供电，而LM358只需要单电源供电 (也可以用双电源)，所以可以用LM358代替OP07。实际使用的时候，把LM358的负电源引脚接到GND即可。经测试，在同一个电路中，用LM358与OP07对PT1000的电压进行放大，结果基本一致。

2、PT100  
用上述电路图也可以用于测量PT100的电阻。由于PT100的最大工作电流为1mA，0℃时PT100的电阻为100Ω，所以需要调整电路中的各个电阻的阻值，使所有元件工作在正常范围内。  
下图是修改后的电路：放大倍数为75倍。需要再增加一个变阻器进行校准，可以得到更精确的结果。由于PT100的测量电路与PT1000的电路相同，所以可以用相同的代码计算PT100的电阻值、计算对应的温度。

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注，由于OP07需要双电源供电，而LM358只需要单电源供电 (也可以用双电源)，尝试用LM358代替OP07，经测试，在同一个电路中，用LM358与OP07对PT1000的电压进行放大，结果差别很大。而OP07的结果与理论值基本一致，所以在这个电路中，不能用LM358。

PT100的测电阻电路中，不能用LM358代替OP07的原因是放大倍数太大。可以适当元件的参数，调整放大倍数，这样就可以不失真的进行放大。

不管是PT100还是PT1000的测电阻，如果长时间工作，运算放大器可能产生温漂，导致结果不准确。可以用仪表放大器电路进行放大。然而仪表放大器的集成放大芯片的价格比较贵，如果自己实现，则很难校准，电路图也比较复杂。

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