PT100是當前應用最為廣泛的測溫方案，各位工程師在應用此方案時是否會遇到這樣的問題：

 

為什麼PT100測溫電路會存在周期性小波動？該如何解決？

 

其實出現這樣的現象主要可能是存在如下幾個原因：

 

● 50Hz工頻電磁場的影響
；

● 周圍電機或者繼電器等開關動作造成的群脈衝幹擾；

● 傳導進去係統的工頻共模幹擾。

 

圖1 工頻電磁場波形

 

由於是測量電路存在周期性波動，那工頻電磁場擾動的可能性更大，用示波器觀測工頻電磁場波形如圖1，一般認為50Hz工頻電磁場幹擾是由兩方麵原因產生：

 

● 50Hz工頻幹擾通過傳導進入係統；

● 50Hz工頻幹擾通過空間耦合進入係統。

 

針對上述問題，消除50Hz工頻電磁場幹擾的方法也相對明確
，有下述四種方案可供電路設計者去參考：

 

● 利用電氣隔離
，阻斷工頻幹擾的傳導路徑
；

● 敏感電路處搭建共模抑製和濾波電路，濾除進入輸入通道的工頻擾動；

● 軟件中構建IIR陷波或者FIR帶阻數字濾波器
，消除工頻幹擾對測量結果的影響；

● 降低測量引線回路麵積，增加屏蔽
，減弱空間耦合效應。

 

ZLG推出一款雙通道熱電阻隔離測溫模塊TPS02R，轉為敏感電路而設計，充分考慮50Hz工頻幹擾
，如圖2，我司采用多種方案抑製工頻幹擾
，使得TPS02R模塊分辨率可達0.01℃，且可以長時間穩定運行。

 

圖2 TPS02R係統方案

 

如上圖係統方案所示
，針對50Hz工頻幹擾，在“基準緩衝電路”中，采用硬件濾波電路
，降低50Hz工頻對ADC芯片基準電壓的影響。如圖3，本質上是一個電壓跟隨緩衝電路結合低通濾波器
，R1C1針對50Hz濾波，R2R3C2C3針對50Hz高次諧波的過濾。

 

圖3 緩衝濾波電路

 

具體-3dB頻率響應計算如式1

 

 

ADC芯片內部PGA采用儀表放大器結構大幅度衰減共模工頻幹擾，且內置數字處理器，對輸入信號進行數字濾波處理，其中數字濾波算法頻率響應如圖4所示
，數字濾波算法的陷波點在10Hz
、20Hz、40Hz、80Hz頻率的整數倍處響應，所以選擇10Hz頻率的輸出
，可以一定程度的衰減50Hz工頻擾動。

     

圖4 數字濾波器頻率響應

 

結合電氣隔離方案從源頭處防止50Hz工(gong)頻(pin)從(cong)電(dian)源(yuan)處(chu)傳(chuan)導(dao)進(jin)入(ru)係(xi)統(tong)影(ying)響(xiang)敏(min)感(gan)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)端(duan)。模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)四(si)層(ceng)板(ban)布(bu)局(ju)，大(da)麵(mian)積(ji)敷(fu)銅(tong)接(jie)地(di)，讓(rang)地(di)阻(zu)抗(kang)降(jiang)到(dao)極(ji)低(di)，係(xi)統(tong)的(de)信(xin)號(hao)回(hui)路(lu)盡(jin)可(ke)能(neng)縮(suo)短(duan)，從(cong)而(er)抑(yi)製(zhi)50Hz工頻幹擾的產生。

 

上述四種方案均運用在我司高精度測溫模塊TPS02R上
，對於50Hz工頻電磁場幹擾
，TPS02R有很強的適應性
，現將我司TPS02R與一款RTD非隔離測量方案做對比：

 

圖5 相關產品實測數據

                        

如圖5，在相同環境下

，利用福祿克5520A源表模擬RTD測試相關產品，模擬溫度為0℃

，測量145次
，統計相關數據。測試使用PC的USB接口供電
，因此與5520A源表之間存在常見的50Hz工頻幹擾信號。圖5的測試數據之中
，非隔離RTD測量方案存在一定的波動，波動範圍在[-0.44
，0.44]℃

，而TPS02R測量的波動範圍在[0.046,0.072]℃
，受50Hz工頻電磁場影響非常小，用以驗證以上抗50Hz工頻電磁場影響的設計有效性。在供電情況複雜或存在不確定性的應用環境中，使用內置電氣隔離的TPS02R模塊，可以方便、穩定地實現PT100溫度測量。

 

圖6 TPS02R產品圖片

 

 

推薦閱讀：