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2-cable, 3-cable o 4 hilos PT100, Pt500, Los sensores PT1000 son sensores de temperatura basados en elementos de platino con alta precisión, estabilidad y linealidad, y se usan ampliamente en campos que requieren una medición de temperatura precisa. A “Sistema de medición de temperatura de resistencia térmica PT100” se refiere a un sistema que utiliza un sensor PT100, un tipo de detector de temperatura de resistencia (IDT), para medir la temperatura detectando cambios en su resistencia eléctrica que son directamente proporcionales a la temperatura; “PT” significa platino, y “100” indica que el sensor tiene una resistencia de 100 ohmios a 0 ° C, lo que lo convierte en un método altamente preciso y estable para la medición de la temperatura en un amplio rango.
Las resistencias de platino se utilizan ampliamente en el rango de temperatura media. (-200~650 ℃). Actualmente, Hay resistencias térmicas de medición de temperatura estándar hechas de platino metálico en el mercado., como Pt100, Pt500, Pt1000, etc..
Comprender el principio de funcionamiento de PT100: PT100 es un sensor de temperatura de la resistencia PT. El principio de trabajo se basa en el efecto térmico de la resistencia. Su valor de resistencia cambia con el cambio de temperatura. Este cambio es lineal. A 0 ℃, El valor de resistencia de PT100 es 100 ohmios. A medida que aumenta la temperatura, El valor de resistencia también aumenta en consecuencia, Por lo tanto, la temperatura puede inferirse con precisión midiendo el valor de resistencia.
 Sistema de medición de temperatura PT100 Clase A de 4 cables de alta precisión |
 2-cable PT100 Sistema de medición de temperatura de control de temperatura de resistencia del platino |
 3-Sistema de medición de temperatura del sensor de resistencia térmica de alambre PT100 |
Elija el método de cableado apropiado: Generalmente, 2-cable, 3-Se pueden usar métodos de cableado de alambre o 4 cables.
La salida de la señal de voltaje por el puente
Puntos clave sobre un sistema PT100:
Principio del sensor:
El sensor PT100 está hecho de un cable de platino cuya resistencia eléctrica cambia previsiblemente con las fluctuaciones de temperatura.
Método de medición:
Cuando se pasa una corriente a través del PT100, se mide la caída de voltaje a través del sensor, que luego se convierte a temperatura en función de la relación conocida entre resistencia y temperatura.
Amplia aplicación:
Los sensores PT100 se usan comúnmente en procesos industriales, laboratorios, y otras aplicaciones donde se requiere medición precisa de la temperatura debido a su alta precisión y estabilidad.
Componentes de un sistema PT100:
Sonda del sensor PT100:
El elemento de detección real, Típicamente un alambre de platino envuelto alrededor de un núcleo de cerámica, que se inserta en el entorno a medir.
Circuito de acondicionamiento de señal:
Electrónica que amplifica y convierte el pequeño cambio de resistencia del PT100 en una señal de voltaje medible.
Sistema de visualización o adquisición de datos:
Dispositivo que muestra la temperatura medida o almacena los datos para el análisis.
Beneficios de usar un sistema PT100:
Alta precisión: Considerado uno de los sensores de temperatura más precisos disponibles.
Amplio rango de temperatura: Puede medir las temperaturas de -200 ° C a 850 ° C dependiendo del diseño del sensor.
Buena linealidad: La relación entre resistencia y temperatura es muy lineal, facilitando la interpretación de datos.
Estabilidad: El platino es un material muy estable, Asegurar lecturas consistentes con el tiempo.
Tabla de indexación de resistencia térmica PT100
Los tres métodos de cableado de la resistencia de platino PT100 son diferentes en principio: 2-El cable y los 3 hilos se miden mediante el método de puente, y la relación entre el valor de temperatura y el valor de salida analógica se da al final. 4-El cable no tiene puente. Es completamente enviado por una fuente de corriente constante, medido por voltímetro, y finalmente da el valor de resistencia medido, que es difícil y costoso de usar.
Porque PT100 tiene un pequeño valor de resistencia y alta sensibilidad, El valor de resistencia del cable de plomo no se puede ignorar. El uso de la conexión de 3 hilos puede eliminar el error de medición causado por la resistencia a la línea de plomo.
El sistema de 2 hilos tiene una precisión de medición deficiente; El sistema de 3 hilos tiene una mejor precisión; El sistema de 4 hilos tiene una alta precisión de medición, pero requiere más cables.
Solo necesitamos conocer el estado de temperatura de PT100 en función de la salida de la señal de voltaje por el puente. Cuando el valor de resistencia de PT100 no es igual al valor de resistencia de RX, El puente genera una señal de presión diferencial, que es muy pequeño. Dado que la señal de salida del sensor de temperatura es generalmente muy débil, Se requiere un circuito de acondicionamiento y conversión de señal para amplificarlo o convertirlo en un formulario que sea fácil de transmitir, proceso, registrar y mostrar. El ligero cambio en la cantidad de señal medida debe convertirse en una señal eléctrica. Al amplificar la señal DC, El voltaje autocomplante y desequilibrado del amplificador OP no se puede ignorar al pasar por el amplificador operacional. Después de la amplificación, Se puede emitir una señal de voltaje del tamaño deseado.
El valor de resistencia de la resistencia de platino se puede obtener mediante el cálculo del circuito o la medición del multímetro. Cuando conocemos el valor de resistencia de PT100, Podemos medir y calcular la temperatura por el valor de resistencia.
Utilice algoritmos apropiados para el procesamiento de datos: Use the known temperature and resistance relationship to calculate the temperature through programming. Considering that the resistance-temperature relationship of PT100 is nonlinear, especially in low or high temperature areas, more complex algorithms may be needed to improve accuracy.
Impact of environmental factors: Performance may be affected by environmental factors such as electromagnetic interference, mechanical vibration, and humidity.
There are three common temperature measurement calculation methods:
Temperature measurement calculation method 1:
When the exact temperature is not needed, the temperature will increase by 2.5℃ for every ohm increase in the resistance value of the PT100 thermal resistor (used at low temperatures). The resistance value of the PT100 temperature sensor is 100 when it is 0℃, Entonces la temperatura aproximada en este momento = (PT100 Valor de resistencia-100)*2.5.
Temperature measurement calculation method 2:
Relación entre el valor de resistencia y la temperatura de la resistencia de platino
En el rango de 0 ～ 850 ℃: RT = R0(1+AT+BT2);
En el rango de -200 ～ 0 ℃: RT = R0[1+AT+BT2+C(t-100)3];
RT representa el valor de resistencia de la resistencia de platino a la temperatura t ℃;
R0 representa el valor de resistencia de la resistencia de platino a la temperatura 0 ℃;
A, B, C son constantes, A = 3.96847 × 10-3/℃; B = -5.847 × 10-7/℃; C = -4.22 × 10-12/℃;
Para la resistencia térmica que cumple con la relación anterior, Su coeficiente de temperatura es de aproximadamente 3.9 × 10-3/℃.
A través de la fórmula anterior, La temperatura se puede resolver con precisión de acuerdo con el valor de resistencia, pero debido a la gran cantidad de cálculo de este método, No se recomienda para este experimento.
Método de cálculo de temperatura tres:
PT100 tiene una buena relación lineal con la temperatura y es adecuado para medición de temperatura media y baja. El valor de resistencia de PT100 a diferentes temperaturas tiene una escala de medición uno a uno correspondiente como se muestra en la figura a continuación, que puede mostrar intuitivamente la relación correspondiente entre diferentes temperaturas y el valor de resistencia de PT100.
La temperatura se puede conocer verificando el valor de resistencia correspondiente a través de la escala PT100.
Escala de resistencia térmica PT100
El dispositivo de medición de temperatura PT100 diseñado en este documento utiliza el amplificador operacional de cuatro vías de bajo costo comúnmente utilizado LM324 para completar el diseño del circuito de fuente de alimentación del dispositivo y.
1.1 Circuito fuente de voltaje
Circuito de voltaje del sensor de resistencia térmica PT100
El circuito en la figura 1 es un circuito operativo proporcional común. Según el análisis del amplificador operativo ideal que funciona en la región lineal, Según el principio de breve y virtual ruptura virtual, se obtiene:
Fórmula del circuito de cálculo del puente de Wheatstone
, entonces el factor de amplificación de voltaje de circuito cerrado es 2 veces, y luego se obtiene V = 10V, y se usa como el voltaje de la fuente de alimentación estable del circuito del puente de Wheatstone.
1.2 Conexión de tres hilos de Wheatstone Bridge y PT100.
La figura anterior es un puente de Wheatstone. La condición para que el puente sea equilibrado es que los potenciales de los puntos B y D son iguales. Entonces, cuando el puente está equilibrado, Mientras R1, R2 (Valores generalmente fijos) y R0 (Por lo general, valores ajustables) son leídos, se puede obtener la resistencia rx a medir. R1/R2 = M, llamado “multiplicador”.
Wheatstone Bridge y Método de conexión de tres hilos PT100
De acuerdo con el principio de medición de temperatura PT100, El valor de resistencia de PT100 debe ser conocido correctamente, Pero el valor de resistencia no se puede medir directamente, Entonces se requiere un circuito de conversión. El valor de resistencia se convierte en una señal de voltaje que el microcontrolador puede detectar”. El circuito del puente de Wheatstone es un instrumento que puede medir correctamente la resistencia. Como se muestra en la figura 2, R1, R2, R3, y R4 son sus brazos de puente respectivamente. Cuando el puente está equilibrado, R1xr3 = R2xr4 está satisfecho. Cuando el puente está desequilibrado, Habrá una diferencia de voltaje entre los puntos A y B. Según el voltaje de los puntos A y B, la resistencia correspondiente se puede calcular. Este es el principio de medir la resistencia con un puente desequilibrado:
Método de conexión de circuito de tres hilos PT100
De hecho, Debido a la pequeña resistencia y alta sensibilidad de PT100, La resistencia del cable de plomo causará errores. Por lo tanto, El método de conexión de tres hilos a menudo se usa en la industria para eliminar este error. Como se muestra en la parte punteada de la figura 2, El valor de resistencia al cable de plomo es igual y es r. En este momento, Los brazos del puente se convierten en r, R, R+2R, y RT+2R. Cuando el puente está equilibrado: R2. (R1+2R) = R1.(R3+2R), solucionado: RT = R1R3/ R2+2 R1R/ R2- 2riñonal. El análisis muestra que cuando R1 = R2, El cambio en la resistencia al cable no tiene ningún efecto en el resultado de la medición.
1.3 Circuito de amplificador de instrumentación de tres óptimas
Cuando la temperatura cambia de 0 ℃ ~ 100 ℃, La resistencia de PT100 cambia aproximadamente linealmente en el rango de 100Ω ~ 138.51Ω. According to the above bridge circuit, the bridge is balanced at 0℃, so the theoretical value of the bridge output voltage should be 0 V, and when the temperature is 100℃, the bridge output is: Uab=U7x(R1/(R1+ R2)-R3/(R2 + R3)), eso es, Uab=10x(138.51/(10000 + 138.51)-100/(10000 + 100)) =0.037599V. Since this is a millivolt signal, it is necessary to amplify this voltage to make it detectable by the AD chip.
Como se muestra en la figura 3, the instrumentation amplifier is a device that amplifies small signals in a noisy environment. It has a series of advantages such as low drift, low power consumption, high common-mode rejection ratio, wide power supply range and small size. It uses the characteristics of differential small signals superimposed on larger common-mode signals, which can remove common-mode signals and amplify differential signals at the same time. El voltaje de salida del circuito estándar de amplificador de instrumentación de tres opto es, Aquí R8 = R10 = 20 kΩ, R9 = R11 = 20 kΩ, R4 = R7 = 100kΩ, que puede amplificar la señal de voltaje de entrada en aproximadamente 150 veces, para que el voltaje de salida teórico del puente se pueda amplificar para 0 ~ 2.34 V. Pero esto es solo un valor teórico. En el proceso real, Hay muchos factores que pueden causar cambios de resistencia.. Por lo tanto, R3 se puede reemplazar con una resistencia ajustable de precisión para facilitar el cero del circuito.
Circuito de amplificador de instrumentos de Amp del sensor PT100 Sensor
2. Diseño de software
2.1 Método de mínimos cuadrados y ajuste lineal PT100
En el rango de temperatura de 0 ℃ ≤T≤850 ℃, La relación entre la resistencia y la temperatura de PT100 es: R = 100 (1 +AT+BT2), donde a = 3.90802x 10-3; B =- -5.80X 10-7; C = 4.2735 x 10-12
Se puede ver que la resistencia de PT100 y la temperatura no es una relación lineal absoluta sino una parábola. Por lo tanto, Si se va a extraer t, Se requiere una operación de raíz cuadrada, que introduce una operación de función más compleja y ocupa una gran cantidad de recursos de CPU de la microcomputadora de un solo chip. Para resolver este problema, Podemos usar el método de mínimos cuadrados para ajustar linealmente la relación entre la temperatura y la resistencia. ” El ajuste de la curva de mínimos cuadrados es un método común para el procesamiento de datos experimentales. Su principio es encontrar una función polinómica para minimizar la suma de los errores cuadrados con los datos originales.
2.2 AD Temperatura de conversión digital
El principio de medición de temperatura PT100 es obtener el valor de temperatura en función de su valor de resistencia, Entonces el valor de resistencia de la resistencia térmica debe determinarse primero. Según el circuito de hardware, La relación entre la UAB de voltaje de salida del circuito del puente y el UAD de voltaje de salida del circuito amplificador del instrumento de amplificador OP es: Asentir = Jav. AUF porque el sistema usa un chip AD de 12 bits, La relación entre la cantidad digital y la cantidad analógica es: UAD/AD = 5/4096. La relación entre el voltaje de salida del puente y el anuncio de la cantidad digital se puede obtener combinando las dos ecuaciones anteriores, eso es, Uad/ad = 5/(4096En). Entonces, Se sustituye en la expresión de voltaje de salida del puente UAB = U7X (RT/ (R1+RT) -R3/ (R2+R3) ), y la expresión de RR y la cantidad digital AD se puede obtener. La solución es:
AD Digital Conversión Fórmula de temperatura
Después de conocer el valor de resistencia de PT100, El valor de temperatura correspondiente se puede obtener de acuerdo con la ecuación de ajuste lineal en la sección 2.1.
2.3 Filtrado digital de un solo chip
Para mejorar la precisión de la medición de la temperatura de PT100, Se puede agregar un programa de filtrado digital en la programación de software, que no requiere la adición de circuitos de hardware y puede mejorar la estabilidad y la confiabilidad del sistema. Hay muchos métodos de filtrado en el sistema de aplicación de microcomputadores de una sola visita. Al hacer una selección específica, Las ventajas y desventajas del método de filtrado y los objetos aplicables deben analizarse y compararse, para seleccionar el método de filtrado apropiado. El algoritmo del método de filtrado promedio promedio es recopilar primero los datos continuamente., luego elimine un valor mínimo y un valor máximo, y finalmente calcule la media aritmética de los datos restantes. Este método de filtrado es adecuado para medir los parámetros que cambian lentamente, como la temperatura, y puede reducir efectivamente la interferencia causada por las fluctuaciones causadas por factores accidentales o errores causados por la inestabilidad del muestreador.
Proceso de trabajo del sistema:
Cuando cambia la temperatura del objeto que se mide, La resistencia de los cambios PT100, y el puente Wheatstone emitirá una señal de voltaje correspondiente. Esta señal es una función de la resistencia de PT100. Esta señal Millivolt se amplifica mediante un amplificador de instrumentación de tres óvulos y se envía al chip AD, que convierte la cantidad analógica en una cantidad digital y es leída por el microcontrolador. El microcontrolador lee el chip del chip AD y ejecuta el programa de filtrado, Convertir la cantidad digital estable en la resistencia de PT100 a través del cálculo. Luego, el microcontrolador seleccionará el modelo lineal ajustado correspondiente de acuerdo con el tamaño del valor de resistencia para calcular el valor de temperatura actual, y finalmente muestre los datos de temperatura en la pantalla LCD.