Проектирование трёхпроводной схемы измерения температуры с питанием от источника постоянного напряжения
17 марта 2026Термометр сопротивления PT100 изготавливается из чистой платины, поэтому его также называют платиновым термометром сопротивления. Это наиболее широко используемый датчик температуры в среднем и низком диапазоне температур. Его основные характеристики включают высокую точность измерения, отличную стабильность, высокую надёжность и длительный срок службы. В отличие от него термопары лучше работают в высокотемпературной среде и способны измерять температуру до 2315°C. Температурный коэффициент платинового сопротивления составляет 3,9×10-3/°C; при 0°C сопротивление равно 100 Ом, а скорость изменения сопротивления составляет 0,3851 Ом/°C. Для измерения сопротивления термометра обычно применяется неуравновешенная мостовая схема. Когда термометр сопротивления используется как одно из плеч моста, соединительные провода фактически становятся частью сопротивления этого плеча. Поскольку это дополнительное сопротивление неизвестно и изменяется с температурой окружающей среды, оно вызывает погрешности измерения. Чтобы устранить ошибку, вносимую сопротивлением соединительных проводов, обычно применяют трёхпроводное подключение.
На рисунке 1 показана трёхпроводная схема выборки и измерения на основе моста, питаемая от источника постоянного напряжения. Три провода, идущие от PT100, имеют одинаковое поперечное сечение и одинаковую длину, поэтому их сопротивления равны, то есть RX1 = RX2 = RX3. Один из этих проводов (RX2) подключён к общей опорной точке моста, а именно к земле, тогда как два остальных провода (RX1 и RX3) подключены соответственно к плечу моста с платиновым сопротивлением и к соседнему плечу с опорным резистором. Благодаря такой схеме подключения мост может сохранять баланс, эффективно устраняя ошибку измерения, вызванную сопротивлением проводов.
Как показано на рисунке 1 выше, резисторы R2, R3 и R4 вместе с внешним PT100 образуют мост Уитстона. АЦП достаточно измерить выходное напряжение этого моста, чтобы вычислить соответствующее сопротивление PT100, а затем определить температуру. При условии, что сопротивление проводов RX1 и RX3 одинаково, погрешность, вносимая сопротивлением проводов, может быть эффективно компенсирована. Приближённые формулы для VT+ и VT- имеют следующий вид:
VTP = VPT100 + VRX1 + VRX2
VTN = VR4 + VRX3 + VRX2
Разность напряжений между точками VTP и VTN равна:
VTP - VTN ≈ VPT100 - VR4
Как видно, эта разность напряжений не зависит от сопротивления соединительных проводов. Окончательное выражение для разности напряжений можно получить по следующей формуле:
Из приведённого выше дифференциального напряжения можно получить значение сопротивления PT100.