Резистори и вериги на PT100 и PT1000 метални терморезисторни сензорни сонди

Веригата за получаване на температура за сензорна сонда PT100 или PT1000 обикновено се състои от стабилен източник на ток за възбуждане на сензора, верига за измерване на съпротивление с висока точност за откриване на промяната в съпротивлението с температура, и аналогово-цифров преобразувател (ADC) за преобразуване на измереното напрежение в цифров сигнал, който може да бъде обработен от микроконтролер или система за събиране на данни; ключовата разлика между верига PT100 и PT1000 е скалата на стойностите на съпротивлението, тъй като Pt100 има номинално съпротивление от 100 ома при 0°C, докато Pt1000 има 1000 ома при 0°C, често изискващи корекции в измервателната верига в зависимост от желаната точност и приложение.

Статията въвежда промяната на съпротивлението на метални терморезисторни сензорни сонди PT100 и PT1000 при различни температури, както и разнообразие от схемни решения за измерване на температурата. Включително съпротивително разделяне на напрежението, измерване на мост, източник на постоянен ток и AD623, AD620 верига за придобиване. За да устои на смущения, особено електромагнитни смущения в космическото поле, предложена е конструкция на схема за събиране на данни за температурен сензор PT1000 във въздуха, включително Т-тип филтър за филтриране и подобряване на точността на измерване.
Резюме, генерирано от CSDN чрез интелигентна технология

PT100 Температурен кабелен сензор за прецизно измерване на температурата в контейнери, резервоари и тръби

Сензор за температура T100 кабел за висока температура -50～260

PT100 платинен резистивен температурен сензор за повърхностна температура на трансмитера

PT100/PT1000 решение за верига за събиране на температура
1. Таблица за промяна на температурната устойчивост на сензори PT100 и PT1000
Метални термични резистори като никел, медните и платинените резистори имат положителна корелация с промяната на температурата. Платината има най-стабилни физични и химични свойства и е най-широко използвана. Диапазонът на измерване на температурата на често използваните сензорни сонди с платинено съпротивление Pt100 е -200～850 ℃, и температурните диапазони на измерване на Pt500, Pt1000 сензорни сонди, и т.н. последователно се намаляват. Pt1000, диапазонът на измерване на температурата е -200～420℃. Съгласно международния стандарт IEC751, температурните характеристики на платинения резистор Pt1000 отговарят на следните изисквания:

Pt1000 температурна характеристична крива

Според температурната характеристична крива Pt1000, наклонът на характеристичната крива на съпротивлението се променя леко в рамките на нормалния работен температурен диапазон (както е показано на фигура 1). Приблизителната връзка между съпротивление и температура може да се получи чрез линейно напасване:

PT100 таблица за промяна на температурната устойчивост 1

2. Често използвани решения за схеми за придобиване

2. 1 Изход за делител на резисторно напрежение 0~3.3V/3V аналогово напрежение с един чип AD порт директно придобиване
Диапазонът на изходното напрежение на веригата за измерване на температурата е 0~3,3 V, PT1000 (Стойността на съпротивлението PT1000 се променя значително, и чувствителността на измерване на температурата е по-висока от PT100; PT100 е по-подходящ за измерване на температура в голям мащаб).

Най-простият начин е да използвате метода на разделяне на напрежението. Напрежението се генерира от чипа източник на референтно напрежение TL431, който е 4V референтен източник на напрежение. Алтернативно, REF3140 може да се използва за генериране на 4.096V като референтен източник. Референтните изходни чипове също включват REF3120, 3125, 3130, 3133, и 3140. Чипът използва пакет SOT-32 и 5V входно напрежение. Изходното напрежение може да бъде избрано според необходимото референтно напрежение. разбира се, според нормалния обхват на входното напрежение на AD порта на микроконтролера, не може да надвишава 3V/3.3V.

PT100 единичен чип AD порт схема директно придобиване

2.2 Изход за разделяне на резисторното напрежение 0~5V аналогово напрежение, и AD портът на микроконтролера директно го събира.
разбира се, някои вериги се захранват от 5V микроконтролер, и максималният работен ток на PT1000 е 0,5mA, така че трябва да се използва подходяща стойност на съпротивлението, за да се осигури нормалната работа на компонента.
например, 3.3V в схематичната диаграма с разделяне на напрежението по-горе се заменя с 5V. Предимството на това е, че разделението на напрежението от 5V е по-чувствително от напрежението от 3,3V, и събирането е по-точно. Помнете, теоретично изчисленото изходно напрежение не може да надвишава +5V. В противен случай, микроконтролерът ще се повреди.

2.3 Най-често използваното измерване на моста

Веригата на делителя на напрежението на PT100 извежда 0~5V аналогово напрежение

Използвайте R11, R12, R13 и Pt1000 за формиране на измервателен мост, където R11=R13=10k, R12=1000R прецизен резистор. Когато стойността на съпротивлението на Pt1000 не е равна на стойността на съпротивлението на R12, мостът ще изведе mV сигнал за разлика в напрежението. Този сигнал за разлика в напрежението се усилва от веригата на усилвателя на инструмента и извежда желания сигнал за напрежение, който може да бъде директно свързан към AD преобразуващия чип или AD порта на микроконтролера.

Принципът на измерване на съпротивлението на тази верига:

1) PT1000 е термистор, и съпротивлението му се променя основно линейно с промяната на температурата.

2) При 0 степени, съпротивлението на PT1000 е 1kΩ, тогава Ub и Ua са равни, това е, Уба = Уб – Направи = 0.
3) Ако приемем, че при определена температура, съпротивлението на PT1000 е 1.5kΩ, тогава Ub и Ua не са равни. Според принципа на делителя на напрежението, можем да намерим Uba = Ub – Направи > 0.
4) OP07 е операционен усилвател, и неговият коефициент на усилване на напрежението А зависи от външната верига, където A = R2/R1 = 17.5.
5) Изходното напрежение Uo на OP07 = Uba * А. Така че, ако използваме волтметър за измерване на изходното напрежение на OP07, можем да изведем стойността на Uab. Тъй като Ua е известна стойност, можем допълнително да изчислим стойността на Ub. Тогава, използвайки принципа на делителя на напрежението, можем да изчислим стойността на специфичното съпротивление на PT1000. Този процес може да бъде постигнат чрез софтуерно изчисление.
6) Ако знаем стойността на съпротивлението на PT1000 при всяка температура, трябва само да потърсим таблицата според стойността на съпротивлението, за да знаем текущата температура.

2.4 Източник на постоянен ток
Поради ефекта на самонагряване на термичния резистор, необходимо е да се гарантира, че токът, протичащ през резистора, е възможно най-малък, и обикновено токът се очаква да бъде по-малък от 10mA. Проверено е, че самонагряването на платинения резистор PT100 на 1 mW ще предизвика промяна на температурата от 0.02 до 0,75 ℃, така че намаляването на тока на платинения резистор PT100 може също да намали промяната на температурата му. Въпреки това, ако токът е твърде малък, той е податлив на шумови смущения, така че обикновено се приема при 0.5 към 2 mA, така че източникът на постоянен ток е избран като източник на постоянен ток 1mA.

Избраният чип е чипът с източник на постоянно напрежение TL431, и след това текущата отрицателна обратна връзка се използва за преобразуването й в източник на постоянен ток. Веригата е показана на фигурата:

Източник на постоянен ток на резистор PT100 схема за получаване на схема

Операционният усилвател CA3140 се използва за подобряване на товароносимостта на източника на ток, и формулата за изчисление на изходния ток е:
Поставете описание на снимката тук Резисторът трябва да бъде a 0.1% прецизен резистор. Крайният изходен ток е 0,996mA, това е, точността е 0.4%.
Веригата на източника на постоянен ток трябва да има следните характеристики:
Температурна стабилност: Тъй като нашата среда за измерване на температурата е 0-100 ℃, изходът на източника на ток не трябва да е чувствителен към температура. И TL431 има изключително нисък температурен коефициент и нисък температурен дрейф.

Добро регулиране на натоварването: Ако текущата пулсация е твърде голяма, това ще доведе до грешки при четене. Според теоретичния анализ. Тъй като входното напрежение варира между 100-138.5mV, и диапазонът на измерване на температурата е 0-100 ℃, точността на измерване на температурата е ±1 градус по Целзий, така че изходното напрежение трябва да се променя с 38,5/100=0,385mV за всеки 1℃ увеличение на температурата на околната среда. За да се гарантира, че текущата флуктуация не влияе на точността, разгледайте най-крайния случай, при 100 градуси по Целзий, стойността на съпротивлението на PT100 трябва да бъде 138.5R. Тогава текущата пулсация трябва да е по-малка от 0,385/138,5=0,000278mA, това е, промяната в тока по време на промяната на товара трябва да бъде по-малка от 0,000278mA. В действителната симулация, източникът на ток остава основно непроменен.

3. AD623 решение за схема за придобиване
Принципът може да се отнася до горния принцип на измерване на моста.
Придобиване при ниска температура:

AD620 измерва високата температура на разтвора за събиране на данни PT100 (150°)

Придобиване при висока температура
Поставете описание на снимката тук

4. AD620 решение за схема за събиране
AD620 PT100 решение за събиране при висока температура (150°):

AD620 измерва PT100 разтвор за получаване при ниска температура (-40°)

AD620 PT100 решение за събиране при ниска температура (-40°):

AD620 измерва PT100 схема за придобиване при стайна температура (20°)

AD620 PT100 решение за събиране при стайна температура (20°):

Верига за събиране на висока температура на сензор PT100

5. Анализ на филтриране срещу смущения на сензори PT100 и PT1000
Придобиване на температура в някакъв комплекс, суровите или специални среди ще бъдат обект на големи смущения, главно включително EMI и REI. например, при прилагане на измерване на температурата на двигателя, високочестотни смущения, причинени от управлението на двигателя и високоскоростното въртене на двигателя.

Съществуват и голям брой сценарии за контрол на температурата в авиационни и космически превозни средства, които измерват и контролират енергийната система и системата за контрол на околната среда. Ядрото на контрола на температурата е измерването на температурата. Тъй като съпротивлението на термистора може да се променя линейно с температурата, използването на платинено съпротивление за измерване на температура е ефективен метод за измерване на температура с висока точност. Основните проблеми са следните:
1. Съпротивлението на водещия проводник се въвежда лесно, като по този начин се влияе върху точността на измерване на сензора;
2. В определени среди със силни електромагнитни смущения, смущението може да се преобразува в DC изходна компенсираща грешка, след като бъде коригирана от усилвателя на инструмента, влияе върху точността на измерване.

5.1 Аерокосмическа въздушна PT1000 верига за придобиване
Обърнете се към дизайна на бордова PT1000 верига за събиране на данни за антиелектромагнитни смущения в определена авиация.

AD623 схема за събиране на данни за сензор PT100

Филтър е поставен в най-външния край на веригата за събиране. Веригата за предварителна обработка на придобиване PT1000 е подходяща за предварителна обработка срещу електромагнитни смущения на интерфейси на бордово електронно оборудване; конкретната верига е:
Входното напрежение +15V се преобразува в източник на напрежение +5V с висока точност чрез регулатор на напрежението. Високопрецизният източник на напрежение +5V е директно свързан към резистора R1, а другият край на резистора R1 е разделен на два пътя. Единият е свързан към синфазния входен край на операционния усилвател, а другият е свързан към края на резистора PT1000 А чрез Т-тип филтър S1. Изходът на операционния усилвател е свързан към инвертиращия вход, за да образува последовател на напрежение, и инвертиращият вход е свързан към заземяващия порт на регулатора на напрежението, за да се гарантира, че напрежението на синфазния вход винаги е нула. След преминаване през филтър S2, единият край A на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R4 като вход за диференциално напрежение D, и един през резистор R2 към AGND. След преминаване през филтър S3, другият край B на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R5 като вход за диференциално напрежение E, и един през резистор R3 към AGND. D и E са свързани чрез кондензатор C3, D е свързан към AGND чрез кондензатор C1, и E е свързан към AGND чрез кондензатор C2. Точната стойност на съпротивлението на PT1000 може да се изчисли чрез измерване на диференциалното напрежение на D и E.

Входното напрежение +15V се преобразува в източник на напрежение +5V с висока точност чрез регулатор на напрежението. +5V е директно свързан към R1. Другият край на R1 е разделен на две пътеки, един свързан към синфазния вход на операционния усилвател, а другият е свързан към края А на резистора PT1000 чрез Т-тип филтър S1. Изходът на операционния усилвател е свързан към инвертиращия вход, за да образува последовател на напрежение, и инвертиращият вход е свързан към заземяващия порт на регулатора на напрежението, за да се гарантира, че напрежението на инвертиращия вход винаги е нула. По това време, токът, протичащ през R1, е постоянен 0,5mA. Регулаторът на напрежението използва AD586TQ/883B, а операционният усилвател използва OP467A.

След преминаване през филтър S2, единият край A на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R4 като край на входа на диференциалното напрежение D, и един през резистор R2 към AGND. След преминаване през филтър S3, другият край B на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R5 като край на входа на диференциалното напрежение E, и един през резистор R3 към AGND. D и E са свързани чрез кондензатор C3, D е свързан към AGND чрез кондензатор C1, и E е свързан към AGND чрез кондензатор C2.
Съпротивлението на R4 и R5 е 4,02k ома, съпротивлението на R1 и R2 е 1M ома, капацитетът на C1 и C2 е 1000pF, и капацитетът на C3 е 0.047uF. R4, R5, C1, C2, и C3 заедно образуват RFI филтърна мрежа. RFI филтърът допълва нискочестотното филтриране на входния сигнал, и филтрираните обекти включват интерференцията в диференциалния режим и интерференцията в общ режим, носени във входния диференциален сигнал. Изчисляването на граничната честота от -3dB на смущенията в общ режим и смущенията в диференциалния режим, носени във входния сигнал, е показано във формулата:

Аерокосмическа въздушна PT1000 верига за придобиване

Заместване на стойността на съпротивлението в изчислението, граничната честота на общия режим е 40 kHz, и граничната честота на диференциалния режим е 2,6 KHZ.
Крайна точка B е свързана към AGND чрез филтър S4. Сред тях, клемите за заземяване на филтъра от S1 до S4 са свързани към екраниращата маса на самолета. Тъй като токът, протичащ през PT1000, е известен 0,05 mA, точната стойност на съпротивлението на PT1000 може да се изчисли чрез измерване на диференциалното напрежение в двата края на D и E.
S1 до S4 използват Т-тип филтри, модел GTL2012X‑103T801, с гранична честота M±20%. Тази схема въвежда нискочестотни филтри към външните интерфейсни линии и извършва RFI филтриране на диференциалното напрежение. Като схема за предварителна обработка за PT1000, той ефективно елиминира електромагнитни и радиочестотни смущения, което значително подобрява надеждността на събраните стойности. Освен това, напрежението се измерва директно от двата края на резистора PT1000, елиминиране на грешката, причинена от съпротивлението на оловото, и подобряване на точността на стойността на съпротивлението.

3-проводник Клас B високо промишлен контрол на температурата PT100 платинен терморезистор температурен сензор

Термодвойка с компресионна пружина тип K-E, сонда за сензор за температура pt100

Високопрецизен температурен сензор PT100 за измерване на температурата на трансформатора

5.2 Т-тип филтър
Поставете описание на снимката тук
Филтърът тип Т се състои от два индуктора и кондензатора. И двата му края имат висок импеданс, и производителността му при вмъкнати загуби е подобна на тази на π-тип филтър, но не е склонен към “звънене” и може да се използва в превключващи вериги.