Solución de circuito de adquisición de temperatura PT100/PT1000

1. Tabla de cambio de resistencia de temperatura PT100 y PT1000
Resistencias térmicas metálicas como el níquel., Las resistencias de cobre y platino tienen una correlación positiva con el cambio de resistencia con la temperatura.. El platino tiene las propiedades físicas y químicas más estables y es el más utilizado.. El rango de medición de temperatura de la resistencia de platino Pt100 de uso común es -200 ~ 850 ℃. Además, los rangos de medición de temperatura del Pt500, Pt1000, etc.. se reducen sucesivamente. Pt1000, rango de medición de temperatura -200 ~ 420 ℃. Según el estándar internacional IEC751, las características de temperatura de la resistencia de platino Pt1000 cumplen los siguientes requisitos:

Curva característica de temperatura Pt1000

Según la curva característica de temperatura Pt1000, la pendiente de la curva característica de resistencia cambia poco dentro del rango de temperatura de funcionamiento normal (como se muestra en la figura 1). Mediante ajuste lineal, la relación aproximada entre resistencia y temperatura es:

1.1 Tabla de cambio de resistencia de temperatura PT100

Tabla de cambio de resistencia de temperatura PT100

1.2 Tabla de cambio de resistencia de temperatura PT1000

Tabla de cambios de resistencia a la temperatura PT1000

2. Soluciones de circuitos de adquisición de uso común

2.1 Salida de división de voltaje de resistencia voltaje analógico 0 ~ 3,3 V/3V

Adquisición directa del puerto AD de un solo chip
El rango de salida de voltaje del circuito de medición de temperatura es de 0 ~ 3,3 V., PT1000 (El valor de resistencia PT1000 cambia mucho, La sensibilidad de medición de temperatura es superior a PT100.; PT100 es más adecuado para mediciones de temperatura a gran escala).

Salidas del divisor de voltaje de resistencia 0 ~ 3.3V 3V voltaje analógico

La forma más sencilla es utilizar el método de división de voltaje.. El voltaje es la fuente de referencia de voltaje de 4 V generada por el chip de fuente de referencia de voltaje TL431., o se puede utilizar REF3140 para generar 4.096V como fuente de referencia. Los chips fuente de referencia también incluyen REF3120, 3125, 3130, 3133, y 3140. El chip utiliza un paquete SOT-32 y un voltaje de entrada de 5 V.. El voltaje de salida se puede seleccionar de acuerdo con el voltaje de referencia requerido.. Por supuesto, De acuerdo con el rango de entrada de voltaje normal del puerto MCU AD, no puede exceder 3V/3.3V.

2.2 Salida de división de voltaje de resistencia 0 ~ 5V voltaje analógico MCU AD adquisición directa del puerto.
Por supuesto, Algunos circuitos utilizan fuente de alimentación MCU de 5 V., Y la corriente operativa máxima de PT1000 es 0,5 mA., por lo que se debe utilizar un valor de resistencia apropiado para garantizar el funcionamiento normal de los componentes..
Por ejemplo, Los 3,3 V en el diagrama esquemático de división de voltaje anterior se reemplazan por 5 V.. La ventaja de esto es que la división de voltaje de 5V es más sensible que la de 3,3V., y la adquisición es más precisa. Recordar, el voltaje de salida teórico calculado no puede exceder +5V. De lo contrario, causará daños a la MCU.

2.3 La medida de puente más utilizada.
R11, R12, Para formar un puente de medición se utilizan R13 y Pt1000., donde R11=R13=10k, Resistencias de precisión R12=1000R. Cuando el valor de resistencia de Pt1000 no es igual al valor de resistencia de R12, el puente emitirá una señal de diferencia de voltaje de nivel mV. Esta señal de diferencia de voltaje es amplificada por el circuito amplificador del instrumento y genera la señal de voltaje deseada.. Esta señal se puede conectar directamente al chip de conversión AD o al puerto AD del microcontrolador..

R11, R12, R13 y Pt1000 se utilizan para formar un puente de medición.

El principio de medición de resistencia de este circuito.:
1) PT1000 es un termistor. A medida que cambia la temperatura, la resistencia cambia básicamente de forma lineal.
2) En 0 grados, la resistencia del PT1000 es 1kΩ, entonces Ub y Ua son iguales, eso es, Uba = Ub – hacer = 0.
3) Suponiendo que a una determinada temperatura, la resistencia del PT1000 es 1,5kΩ, entonces Ub y Ua no son iguales. Según el principio de división de voltaje., podemos encontrar que Uba = Ub – Hacer > 0.
4) OP07 es un amplificador operacional, y su ganancia de voltaje A depende del circuito externo, donde A = R2/R1 = 17.5.
5) El voltaje de salida Uo de OP07 = Uba * A. Entonces, si usamos un voltímetro para medir el voltaje de salida del OP07, podemos inferir el valor de Uab. Dado que Ua es un valor conocido, podemos calcular además el valor de Ub. Entonces, usando el principio de división de voltaje, Podemos calcular el valor de resistencia específica de PT1000.. Este proceso se puede lograr mediante el cálculo del software..
6) Si conocemos el valor de resistencia de PT1000 a cualquier temperatura, Solo necesitamos buscar la tabla según el valor de resistencia para saber la temperatura actual..

2.4 Fuente de corriente constante
Debido al efecto de autocalentamiento de la resistencia térmica., La corriente que fluye a través de la resistencia debe ser lo más pequeña posible.. Generalmente, Se espera que la corriente sea inferior a 10 mA.. Se ha comprobado que el autocalentamiento de la resistencia de platino PT100 de 1 mW provocará un cambio de temperatura de 0,02-0,75 ℃. Por lo tanto, Reducir la corriente de la resistencia de platino PT100 también puede reducir su cambio de temperatura.. Sin embargo, si la corriente es demasiado pequeña, es susceptible a la interferencia de ruido, entonces el valor es generalmente 0.5-2 mamá, por lo que la fuente de corriente constante se selecciona como una fuente de corriente constante de 1 mA.

El chip se selecciona como chip fuente de voltaje constante TL431, y luego se convierte en una fuente de corriente constante utilizando retroalimentación negativa actual. El circuito se muestra en la figura.

Entre ellos, El amplificador operacional CA3140 se utiliza para mejorar la capacidad de carga de la fuente de corriente., y la fórmula de cálculo para la corriente de salida es:

La resistencia debe ser una 0.1% resistencia de precisión. La corriente de salida final es 0.996mA, eso es, la precisión es 0.4%.

El circuito fuente de corriente constante debe tener las siguientes características

Seleccione el chip de fuente de voltaje constante TL431

Estabilidad de temperatura: Dado que nuestro entorno de medición de temperatura es de 0-100 ℃, La salida de la fuente de corriente no debe ser sensible a la temperatura.. El TL431 tiene un coeficiente de temperatura extremadamente bajo y una baja deriva de temperatura..

Buena regulación de carga: Si la onda actual es demasiado grande, causará errores de lectura. Según el análisis teórico., ya que el voltaje de entrada varía entre 100-138,5 mV, y el rango de medición de temperatura es 0-100 ℃, la precisión de la medición de temperatura es ±1 grado Celsius, por lo que el voltaje de salida debe cambiar en 38,5/100 = 0,385 mV por cada aumento de 1 ℃ en la temperatura ambiente. Para garantizar que la fluctuación actual no afecte la precisión, considere el caso más extremo, en 100 grados Celsius, el valor de resistencia de PT100 debe ser 138.5R. Entonces la ondulación actual debería ser inferior a 0,385/138,5 = 0,000278 mA., eso es, el cambio de corriente durante el cambio de carga debe ser inferior a 0,000278 mA. En la simulación real, la fuente actual permanece básicamente sin cambios.
3. Solución de circuito de adquisición AD623

Solución de circuito PT1000 de adquisición AD623

El principio puede referirse al principio de medición del puente anterior..
Adquisición de baja temperatura:

Adquisición de alta temperatura

4. Solución de circuito de adquisición AD620

Solución de adquisición AD620 PT100

AD620 PT100 solución de adquisición de alta temperatura (150°):

AD620 PT100 solución de adquisición de baja temperatura (-40°):

AD620 PT100 solución de adquisición temperatura ambiente (20°):

5. Análisis de filtrado antiinterferencias PT100 y PT1000

Adquisición de temperatura en algún complejo., Los entornos hostiles o especiales estarán sujetos a una gran interferencia., incluyendo principalmente EMI y REI.

Por ejemplo, en la aplicación de la adquisición de temperatura del motor, El control del motor y la rotación a alta velocidad del motor provocan perturbaciones de alta frecuencia..

También existe una gran cantidad de escenarios de control de temperatura dentro de vehículos de aviación y aeroespaciales., que miden y controlan el sistema de energía y el sistema de control ambiental.. El núcleo del control de temperatura es la medición de la temperatura.. Dado que la resistencia del termistor puede cambiar linealmente con la temperatura, El uso de resistencia de platino para medir la temperatura es un método eficaz de medición de temperatura de alta precisión.. Los principales problemas son los siguientes.:
1. La resistencia en el cable se introduce fácilmente, afectando así la precisión de la medición del sensor;
2. En algunos entornos con fuertes interferencias electromagnéticas, La interferencia puede convertirse en salida de CC después de la rectificación por parte del amplificador del instrumento.
error de compensación, afectando la precisión de la medición.
5.1 Circuito de adquisición PT1000 aeroespacial

Circuito de adquisición PT1000 aeroespacial

Consulte el diseño de un circuito de adquisición PT1000 aerotransportado para detectar interferencias antielectromagnéticas en una determinada aviación..

Se coloca un filtro en el extremo más externo del circuito de adquisición.. El circuito de preprocesamiento de adquisición PT1000 es adecuado para el preprocesamiento de interferencias antielectromagnéticas de la interfaz de equipos electrónicos aerotransportados.;
El circuito específico es:
El voltaje de entrada de +15 V se convierte en una fuente de voltaje de alta precisión de +5 V a través de un regulador de voltaje., y la fuente de voltaje de alta precisión de +5 V está conectada directamente a la resistencia R1.
El otro extremo de la resistencia R1 se divide en dos caminos., uno conectado a la entrada en fase del amplificador operacional, y el otro conectado al extremo A de la resistencia PT1000 a través del filtro tipo T S1. La salida del amplificador operacional está conectada a la entrada inversora para formar un seguidor de voltaje., y la entrada inversora está conectada al puerto de tierra del regulador de voltaje para garantizar que el voltaje en la entrada en fase sea siempre cero. Después de pasar por el filtro S2, un extremo A de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, una ruta se utiliza como terminal de entrada de voltaje diferencial D a través de la resistencia R4, y el otro camino está conectado a AGND a través de la resistencia R2. Después de pasar por el filtro S3, el otro extremo B de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, una ruta se utiliza como terminal de entrada de voltaje diferencial E a través de la resistencia R5, y el otro camino está conectado a AGND a través de la resistencia R3. D y E están conectados a través del condensador C3., D está conectado a AGND a través del condensador C1, y E está conectado a AGND a través del condensador C2; El valor de resistencia preciso de PT1000 se puede calcular midiendo el voltaje diferencial entre D y E..

El voltaje de entrada de +15 V se convierte en una fuente de voltaje de alta precisión de +5 V a través de un regulador de voltaje.. El +5V está conectado directamente a R1. El otro extremo de R1 se divide en dos caminos., uno está conectado al terminal de entrada en fase del amplificador operacional, y el otro está conectado a la resistencia A PT1000 a través del filtro tipo T S1. La salida del amplificador operacional está conectada a la entrada inversora para formar un seguidor de voltaje., y la entrada inversora está conectada al puerto de tierra del regulador de voltaje para garantizar que el voltaje en la entrada inversora sea siempre cero. En este momento, la corriente que fluye a través de R1 es una constante de 0,5 mA. El regulador de voltaje utiliza AD586TQ/883B, y el amplificador operacional usa OP467A.

Después de pasar por el filtro S2, un extremo A de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R4 como extremo de entrada de voltaje diferencial D, y uno a través de la resistencia R2 a AGND; después de pasar por el filtro S3, el otro extremo B de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R5 como el extremo de entrada de voltaje diferencial E, y uno a través de la resistencia R3 a AGND. D y E están conectados a través del condensador C3., D está conectado a AGND a través del condensador C1, y E está conectado a AGND a través del condensador C2.
La resistencia de R4 y R5 es de 4,02 k ohmios., la resistencia de R1 y R2 es de 1M ohmios, la capacitancia de C1 y C2 es 1000pF, y la capacitancia de C3 es 0.047uF. R4, R5, C1, C2, y C3 juntos forman una red de filtro RFI, que completa el filtrado de paso bajo de la señal de entrada, y los objetos a filtrar incluyen la interferencia de modo diferencial y la interferencia de modo común transportadas en la señal diferencial de entrada.. El cálculo de la frecuencia de corte de -3 dB de la interferencia en modo común y la interferencia en modo diferencial transportada en la señal de entrada se muestra en la fórmula:

Sustituir el valor de resistencia en el cálculo., la frecuencia de corte del modo común es 40kHZ, y la frecuencia de corte del modo diferencial es 2,6 KHZ.
El punto final B está conectado a AGND a través del filtro S4. Entre ellos, Los terminales de tierra del filtro de S1 a S4 están todos conectados a la tierra de blindaje de la aeronave.. Dado que la corriente que fluye a través del PT1000 es de 0,05 mA, El valor de resistencia preciso de PT1000 se puede calcular midiendo el voltaje diferencial en ambos extremos de D y E..
S1 a S4 utilizan filtros tipo T, modelo GTL2012X‑103T801, con una frecuencia de corte de 1M±20%. Este circuito introduce filtros de paso bajo en las líneas de interfaz externa y realiza filtrado RFI en el voltaje diferencial.. Como circuito de preprocesamiento para PT1000, Elimina eficazmente las interferencias de radiación electromagnética y RFI., lo que mejora enormemente la confiabilidad de los valores recopilados. Además, El voltaje se mide directamente desde ambos extremos de la resistencia PT1000., eliminando el error causado por la resistencia del cable y mejorando la precisión del valor de resistencia.

5.2 filtro tipo T
El filtro tipo T consta de dos inductores y condensadores.. Ambos extremos tienen alta impedancia., y su rendimiento de pérdida de inserción es similar al del filtro tipo π, pero no es propenso a “El sonar” y se puede utilizar en circuitos de conmutación.