Температура Придобиване на 2, 3, и 4-проводни PT100 температурни сензори

Статията представя как 2, 3, и 4-проводниците PT100 сензори се преобразуват в сигнали за напрежение чрез промени в съпротивлението, и източник на постоянен ток се използва за защита на сензора и гарантиране на точността на преобразуването на сигнала. Сензорът PT100 получава температура чрез измерване на промяната в неговото електрическо съпротивление, което пряко корелира с температурата, на която е изложено; като температурата се повишава, съпротивлението на платинения елемент в сензора също се увеличава, което позволява прецизно изчисляване на температурата въз основа на тази промяна на съпротивлението; по същество, на “100” в PT100 означава, че сензорът има съпротивление от 100 ома при 0°C, и тази стойност се променя предвидимо с температурните колебания. Прилагането на оперативния усилвател на MCP604 в дизайна на веригата подчертава въздействието на неговите характеристики като ниско вносно отместено напрежение и ток на отклонение върху точността. Калибрирането на софтуера се използва за подобряване на точността в дизайна на веригата, избягване на неудобството на физическата корекция. Накрая, Статията дава формулата за връзка между температурата и стойността на устойчивостта на платината, който се използва за изчисляване на стойността на температурата.

Дизайн на придобиване на температура на 2-проводник PT100 температурен сензор

Придобиване на температура на Китай Персонализиран сензор за температура на PT100 PT100

Получаване на температура от 4-жилен температурен сензор PT100

Основни точки за придобиването на температура на PT100:
Резистентен температурен детектор (RTD):
PT100 е вид RTD, което означава, че измерва температурата чрез откриване на промени в електрическото си съпротивление.
Платинен елемент:
Сензорният елемент в PT100 е направен от платина, който показва много стабилна и линейна връзка между съпротивлението и температурата.
Процес на измерване: Сензорът се поставя в средата, където трябва да се измерва температурата.
Съпротивлението на платинен елемент се измерва с помощта на специална електронна верига.
След това измерената стойност на съпротивлението се преобразува в температура, като се използва математическа формула въз основа на известния температурен коефициент на платина.

Предимства на PT100 сензори:
Висока точност: Счита се за един от най -точните сензори за температура, налични поради стабилното поведение на платина.
Широк температурен диапазон:　Може да измерва температурите от -200 ° C до 850 ° C в зависимост от дизайна на сензора.
Добра линейност: Връзката между съпротивлението и температурата е сравнително линейна, опростяване на интерпретацията на данните.

Важни съображения:
Калибриране: За да се осигурят точни измервания, PT100 сензорите трябва редовно да се калибрират спрямо референтен стандарт.
Устойчивост на оловен проводник: Съпротивлението на свързващите проводници може да повлияе на точността на измерване, Така че често е необходимо правилно разглеждане на компенсацията на оловен проводник.
Приложимост на приложението: Докато е високо точен, PT100 сензорите може да не са подходящи за изключително тежки среди или приложения, изискващи много бързо време за реакция.

1. Основни принципи на придобиване на сигнал
PT100 преобразува температурните сигнали в изходи за съпротивление, и стойността му на съпротива варира от 0 до 200Ω. AD конверторът може да преобразува само напрежението и не може директно да събира температура. Следователно, За захранване на PT100 е необходим източник на постоянен ток 1MA и преобразуване на промяната на съпротивлението в промени в напрежението. Ползата от използването на източник на постоянен ток е, че той може да удължи живота на сензора. Тъй като диапазонът на входния сигнал е 0 до 200mv, Сигналът трябва да се усилва и след това AD преобразуван за получаване на данни за електрически сигнал.

Причини да не се използва постоянен дизайн на източника на напрежение:

Ако за захранването се използва източник на постоянно напрежение, и след това резисторът и PT100 са свързани последователно, и напрежението е разделено, има проблем. Когато съпротивлението на PT100 е твърде малка, Токът, преминаващ през PT100, е твърде голям, което води до по -кратък сензорен живот.

2. OP усилвателят използва MCP604
MCP604 функции:
1) Диапазонът на напрежението е 2,7 ~ 6,0V
2) Изходът е железопътна линия
3) Диапазон на работната температура: -40° C до +85 ° C.
4) Входното офсетно напрежение е ± 3MV, Типичната стойност е 1MV, висока чувствителност.
5) Токът на входните отклонения е 1PA, Когато TA = +85 ° C, I = 20pa, подобрява точността на придобиване.
6) Линейно изходно напрежение люлка: VSS+0.1 ~ VDD - 0.1, Единицата е v.

Когато напрежението на захранването е 3.3V, Линейното замах на изходното напрежение е 0,1 ~ 3,2V. За да се гарантира, че усиленият сигнал работи в линейната област, Когато VDD = 3.3V, Зададохме изходното напрежение MCP604, за да остане на: 0.5V ~ 2.5V за отговаряне на изискванията на дизайна на OP Amp Circuit.

OP усилвателят в книгата за аналогова електроника е идеален оперативен усилвател, което е различно от действителния усилвател. Следователно, Необходимо е да се обмисли “Входно изместване на напрежението”, “Входни отклонения ток” и “линейно изходно напрежение люлка” при проектиране.

3. Схема на веригата
R11 на фигурата е схема на отклонение, за да се предотврати последния етап на диференциалния изход на усилвателя от изкривяване на насищане.
1) Изберете подходящ фактор за усилване, за да намалите грешката в изхода. Поради съществуването на входно офсетно напрежение, Когато коефициентът на усилване се увеличава, Изходната грешка също ще се увеличи, които трябва да се вземат предвид в дизайна.
2) Коефициентът на усилване на тази верига е 10. Ако приемем, че типичното входно компенсирано напрежение е 3MV, Ако входният сигнал се промени на 5MV, 2MV няма да бъде усилен, което ще доведе до изходна грешка от 20MV.

PT100 Детектор за температура OP AMP с помощта на схема MCP604

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
Io = 1ma, VREF = VO3 = 1.65V
1.7V<= Vin<=1.9V, 1.7V<= V02<= 1.9
1.8V<= Vo1<= 2V, Уверете се, че OP усилвателят работи в линейната област, Това е много важно
0.5V<= Vo4<= 2.5V, Уверете се, че OP усилвателят работи в линейната област, Ето защо 50Ω е необходим в серия.

Когато съпротивлението на входа се промени с 1Ω, Vout се променя на 10MV. Тъй като входното компенсационно напрежение на MCP604 е ± 3MV, Когато има промяна от 0,3333Ω, ще има промяна от 3.333mv, и чувствителността към придобиване е висока.
Когато 0<= Rin<= 200Ω Вход, Тъй като цикълът е свързан последователно с 50Ω, 50о<= Rx<= 250
Vin1 – Vref = Rx*0,001, Единица a

4. Калибриране на софтуера
Новите инженери винаги се опитват да подобрят точността на резисторите, Но грешката все още е голяма. Някои инженери просто използват непрекъснато регулируеми резистори, Регулирайте техните стойности на съпротива, и използвайте мултиметри, за да накарате изхода да отговаря на отношенията за трансфер. Тази точност изглежда подобрена, но не е удобно за производството, и трудността на дизайна на PCB също се увеличава. Дори ако е направено отстраняването на грешки, Ако винтът за регулиране е докоснат на ръка, Може да причини грешки. Единственият начин е да използвате фиксирани резистори за производство и използване на софтуер, за да се постигне точна калибриране.
1) Когато RIN = 0, Прочетете стойност на напрежението и го запишете като V50. Запазете V50, Той няма да се промени с промяната на стойността на съпротивлението на PT100, тъй като се захранва от източник на постоянен ток.
2) Свържете номиналния резистор, Нека rs = 100Ω, Прочетете стойност на напрежението и го запишете като V150. Запазете V150, Стойността на напрежението се чете, когато температурата е 0.
3) Изчислете коефициента на усилване на тока: Io = (V150 – V50) / Rs; Спаси ме, Това означава, че калибрирането се извършва.
4) Когато входното съпротивление е r, четенето на напрежението е vo, Тогава r = (Vo- V50) / Io
Чрез горното описание, Калибрирането на софтуера има големи предимства, не само удобно производство, но и висока точност. За да се подобри точността, Изходното напрежение също може да бъде разделено на няколко интервала, калибрирани отделно, и може да се получи различен IO, така че линейността на изхода да бъде по -добра. Тези идеи се отразяват в моя дизайн.

OP AMP MCP604 Дизайн на веригата

5. Изчислете температурата
Когато температурата е по -малка от 0,
R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Когато температурата е по -голяма или равна на 0, Rt = r0*(1+A*t+B*t*t)
Описание:
RT е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при t ℃
R0 е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при 0 ℃ 100Ω
A = 3.9082 × 10^-3
B = -5.80195 × 10^-7
C = -4.2735 × 10^-12

6. PT100 температурен сензор
PT100 температурен сензор е положителен температурен коефициент на термистор, и основните му технически параметри са както следва:
1) Температурен диапазон на измерване: -200℃ ~ +850 ℃;
2) Допустима стойност на отклонение Δ ℃: Степен А ±(0.15+0.002|t|), Степен В ±(0.30+0.005|t|);
3) Минимална дълбочина на поставяне: Минималната дълбочина на поставяне на топлинния резистор е ≥200 мм;
4) Допустим ток: < 5mA;
5) PT100 температурен сензор също има предимствата на вибрационното съпротивление, добра стабилност, висока точност, и високо налягане. Платинен термичен резистор има добра линейност. Когато се променя между 0 и 100 градуси по Целзий, Максималното нелинейно отклонение е по -малко от 0,5 ℃;
Когато температура < 0, R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Когато температура ≥ 0, Rt = r0*(1+A*t+B*t*t)
Според горната връзка, Приблизителният диапазон на съпротивление е: 18О ~ 390.3o, -197℃ е 18Ω, 850О е 390.3o;
Описание:
RT е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при t ℃, R0 е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при 0 ℃, 100о
A = 3.9082 × 10^-3, B = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12
PT100 Ръководство за инструкция за сензор за температура на платинен метал
6) Дизайн на веригата
7) Връзка между температурата и съпротивлението на PT100
Температурата и съпротивлението на PT100 удовлетворяват следното уравнение:
Когато температура ≤0, R0*c*t^4 - 100*r0*c*t^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Когато температура ≥0, R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0

Таблица за сравнение на температурата и съпротивлението на PT100

Описание:
RT е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при t ℃, R0 е стойността на устойчивостта на платиновия резистор при 0 ℃, 100о
A = 3.9082 × 10^-3, B = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12

1. За удобството на изчислението, Когато температурата е ≤0, Нека:
Double A = R0*C*100000 = 100*(-4.2735× 10^-12)*100000= -4.2735/100000
двойно b = –100*r0*c*100000 = -100*100*(-4.2735× 10^-12)*100000= 4.2735/1000
двойно c = r0*b*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
двойно d = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
двойно e = (100-Rt)*100000
Когато температура ≤ 0, a*t^4 + B*T^3 + c*t^2 + D*t + E = 0
където x3 е разтворът на PT100, когато е по -малък от 0 ℃.

2. За по -лесно изчисление, Когато температурата е по -голяма или равна на 0
Double A = R0*B*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
двойно b = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
двойно c = (100-Rt)*100000
Когато температурата е ≥0, a*t^2 + b*t + c = 0
t = [ Sqrt( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / а
19.785Ω съответства на -197 ℃, температурата на течния азот
18.486Ω съответства на -200 ℃
96.085Ω съответства на -10 ℃
138.505Ω съответства на 100 ℃
175.845Ω съответства на 200 ℃
247.045Ω съответства на 400 ℃