Solution de circuit d'acquisition de température PT100/PT1000

1. Tableau de changement de résistance à la température PT100 et PT1000
Résistances thermiques métalliques comme le nickel, les résistances en cuivre et en platine ont une corrélation positive avec le changement de résistance avec la température. Le platine possède les propriétés physiques et chimiques les plus stables et est le plus largement utilisé.. La plage de mesure de température de la résistance en platine Pt100 couramment utilisée est de -200 ~ 850 ℃.. En outre, les plages de mesure de température du Pt500, Pt1000, etc.. sont successivement réduits. Pt1000, plage de mesure de la température -200 ~ 420 ℃. Selon la norme internationale IEC751, les caractéristiques de température de la résistance en platine Pt1000 répondent aux exigences suivantes:

Courbe caractéristique de température Pt1000

Selon la courbe caractéristique de température Pt1000, la pente de la courbe caractéristique de résistance change peu dans la plage de température de fonctionnement normale (comme le montre la figure 1). Par raccord linéaire, la relation approximative entre la résistance et la température est:

1.1 Tableau de changement de résistance à la température PT100

Tableau de changement de résistance à la température PT100

1.2 Tableau de changement de résistance à la température PT1000

Tableau de changement de résistance à la température PT1000

2. Solutions de circuits d'acquisition couramment utilisées

2.1 Sortie de division de tension de résistance, tension analogique 0 ~ 3.3V/3V

Acquisition directe du port AD sur une seule puce
La plage de sortie de tension du circuit de mesure de la température est de 0 à 3,3 V., PT1000 (La valeur de la résistance PT1000 change considérablement, la sensibilité de la mesure de la température est supérieure à PT100; Le PT100 est plus adapté à la mesure de température à grande échelle).

Le diviseur de tension de résistance produit une tension analogique de 0 ~ 3,3 V à 3 V.

Le moyen le plus simple est d'utiliser la méthode de division de tension. La tension est la source de référence de tension 4 V générée par la puce source de référence de tension TL431., ou REF3140 peut être utilisé pour générer 4,096 V comme source de référence. Les puces sources de référence incluent également REF3120, 3125, 3130, 3133, et 3140. La puce utilise un boîtier SOT-32 et une tension d'entrée de 5 V. La tension de sortie peut être sélectionnée en fonction de la tension de référence requise. Bien sûr, selon la plage d'entrée de tension normale du port MCU AD, il ne peut pas dépasser 3V/3,3V.

2.2 Sortie de division de tension de résistance 0 ~ 5V, tension analogique, port MCU AD, acquisition directe.
Bien sûr, certains circuits utilisent une alimentation MCU 5 V, et le courant de fonctionnement maximum du PT1000 est de 0,5 mA, une valeur de résistance appropriée doit donc être utilisée pour garantir le fonctionnement normal des composants.
Par exemple, le 3,3 V dans le schéma de répartition de tension ci-dessus est remplacé par 5 V. L'avantage est que la division de tension de 5 V est plus sensible que celle de 3,3 V., et l'acquisition est plus précise. Souviens-toi, la tension de sortie théorique calculée ne peut pas dépasser +5V. Sinon, cela endommagerait le MCU.

2.3 La mesure de pont la plus couramment utilisée
R11, R12, R13 et Pt1000 sont utilisés pour former un pont de mesure, où R11=R13=10k, Résistances de précision R12=1000R. Lorsque la valeur de résistance de Pt1000 n'est pas égale à la valeur de résistance de R12, le pont émettra un signal de différence de tension de niveau mV. Ce signal de différence de tension est amplifié par le circuit amplificateur de l'instrument et produit le signal de tension souhaité.. Ce signal peut être directement connecté à la puce de conversion AD ou au port AD du microcontrôleur.

R11, R12, R13 et Pt1000 sont utilisés pour former un pont de mesure

Le principe de mesure de la résistance de ce circuit:
1) PT1000 est une thermistance. À mesure que la température change, la résistance change de manière essentiellement linéaire.
2) À 0 degrés, la résistance du PT1000 est de 1kΩ, alors Ub et Ua sont égaux, c'est, Uba = Ub – Faire = 0.
3) En supposant qu'à une certaine température, la résistance du PT1000 est de 1,5kΩ, alors Ub et Ua ne sont pas égaux. Selon le principe de division de tension, on peut découvrir que Uba = Ub – Faire > 0.
4) OP07 est un amplificateur opérationnel, et son gain en tension A dépend du circuit externe, où A = R2/R1 = 17.5.
5) La tension de sortie Uo de OP07 = Uba * UN. Donc si on utilise un voltmètre pour mesurer la tension de sortie de OP07, nous pouvons déduire la valeur de Uab. Puisque Ua est une valeur connue, nous pouvons en outre calculer la valeur de Ub. Alors, en utilisant le principe de division de tension, nous pouvons calculer la valeur de résistance spécifique du PT1000. Ce processus peut être réalisé grâce au calcul logiciel.
6) Si nous connaissons la valeur de résistance du PT1000 à n'importe quelle température, il suffit de consulter le tableau en fonction de la valeur de la résistance pour connaître la température actuelle.

2.4 Source de courant constant
En raison de l'effet d'auto-échauffement de la résistance thermique, le courant circulant à travers la résistance doit être aussi faible que possible. En général, le courant devrait être inférieur à 10 mA. Il a été vérifié que l'auto-échauffement de la résistance en platine PT100 de 1 mW provoquera un changement de température de 0,02 à 0,75 ℃. Donc, réduire le courant de la résistance platine PT100 peut également réduire son changement de température. Cependant, si le courant est trop faible, il est sensible aux interférences sonores, donc la valeur est généralement 0.5-2 mA, Ainsi, le courant de la source de courant constant est sélectionné comme source de courant constant de 1 mA..

La puce est sélectionnée comme puce source de tension constante TL431, puis converti en une source de courant constant en utilisant une rétroaction négative de courant. Le circuit est représenté sur la figure

Parmi eux, l'amplificateur opérationnel CA3140 est utilisé pour améliorer la capacité de charge de la source de courant, et la formule de calcul du courant de sortie est:

La résistance doit être une 0.1% résistance de précision. Le courant de sortie final est de 0,996 mA, c'est, la précision est 0.4%.

Le circuit source de courant constant doit avoir les caractéristiques suivantes

Sélectionnez la puce source de tension constante TL431

Stabilité de la température: Puisque notre environnement de mesure de température est de 0 à 100 ℃, la sortie de la source de courant ne doit pas être sensible à la température. Le TL431 a un coefficient de température extrêmement faible et une faible dérive en température.

Bonne régulation de charge: Si l'ondulation actuelle est trop importante, cela provoquera des erreurs de lecture. Selon l'analyse théorique, puisque la tension d'entrée varie entre 100 et 138,5 mV, et la plage de mesure de la température est de 0 à 100 ℃, la précision de la mesure de la température est de ± 1 degré Celsius, la tension de sortie devrait donc changer de 38,5/100 = 0,385 mV pour chaque augmentation de 1 ℃ de la température ambiante. Afin de garantir que la fluctuation actuelle n'affecte pas la précision, considérons le cas le plus extrême, à 100 degré Celsius, la valeur de résistance du PT100 doit être de 138,5R. L'ondulation du courant doit alors être inférieure à 0,385/138,5=0,000278 mA., c'est, le changement de courant pendant le changement de charge doit être inférieur à 0,000278 mA. Dans la simulation réelle, la source actuelle reste fondamentalement inchangée.
3. Solution de circuit d'acquisition AD623

Solution de circuit d'acquisition PT1000 AD623

Le principe peut se référer au principe de mesure du pont ci-dessus.
Acquisition basse température:

Acquisition haute température

4. Solution de circuit d'acquisition AD620

Solution d'acquisition AD620 PT100

AD620 PT100 solution d'acquisition haute température (150°):

AD620 PT100 solution d'acquisition basse température (-40°):

AD620 PT100 solution d'acquisition température ambiante (20°):

5. Analyse de filtrage anti-interférence PT100 et PT1000

Acquisition de température dans certains complexes, les environnements difficiles ou spéciaux seront sujets à de grandes interférences, comprenant principalement EMI et REI.

Par exemple, dans l'application de l'acquisition de la température du moteur, le contrôle du moteur et la rotation à grande vitesse du moteur provoquent des perturbations à haute fréquence.

Il existe également un grand nombre de scénarios de contrôle de température à l’intérieur des véhicules aéronautiques et aérospatiaux., qui mesurent et contrôlent le système électrique et le système de contrôle environnemental. Le cœur du contrôle de la température est la mesure de la température. Puisque la résistance de la thermistance peut changer linéairement avec la température, l'utilisation d'une résistance en platine pour mesurer la température est une méthode efficace de mesure de la température de haute précision. Les principaux problèmes sont les suivants:
1. La résistance sur le fil conducteur est facilement introduite, affectant ainsi la précision de mesure du capteur;
2. Dans certains environnements à fortes interférences électromagnétiques, l'interférence peut être convertie en sortie CC après rectification par l'amplificateur de l'instrument
Erreur de décalage, affectant la précision de la mesure.
5.1 Circuit d'acquisition PT1000 aéroporté aérospatial

Circuit d'acquisition PT1000 aéroporté aérospatial

Se référer à la conception d'un circuit d'acquisition PT1000 aéroporté pour les interférences anti-électromagnétiques dans une certaine aviation.

Un filtre est placé à l'extrémité la plus externe du circuit d'acquisition. Le circuit de prétraitement d'acquisition PT1000 convient au prétraitement des interférences anti-électromagnétiques de l'interface des équipements électroniques aéroportés;
Le circuit spécifique est:
La tension d'entrée +15 V est convertie en une source de tension +5 V de haute précision via un régulateur de tension., et la source de tension haute précision +5V est directement connectée à la résistance R1.
L'autre extrémité de la résistance R1 est divisée en deux chemins, un connecté à l'entrée en phase de l'ampli opérationnel, et l'autre connecté à l'extrémité A de la résistance PT1000 à travers le filtre de type T S1. La sortie de l'ampli opérationnel est connectée à l'entrée inverseuse pour former un suiveur de tension, et l'entrée inverseuse est connectée au port de terre du régulateur de tension pour garantir que la tension à l'entrée en phase est toujours nulle.. Après passage au filtre S2, une extrémité A de la résistance PT1000 est divisée en deux chemins, un chemin est utilisé comme borne d'entrée de tension différentielle D à travers la résistance R4, et l'autre chemin est connecté à AGND via la résistance R2. Après passage au filtre S3, l'autre extrémité B de la résistance PT1000 est divisée en deux chemins, un chemin est utilisé comme borne d'entrée de tension différentielle E à travers la résistance R5, et l'autre chemin est connecté à AGND via la résistance R3. D et E sont connectés via le condensateur C3, D est connecté à AGND via le condensateur C1, et E est connecté à AGND via le condensateur C2; la valeur précise de la résistance du PT1000 peut être calculée en mesurant la tension différentielle entre D et E.

La tension d'entrée +15 V est convertie en une source de tension +5 V de haute précision via un régulateur de tension.. Le +5V est directement connecté à R1. L'autre extrémité de R1 est divisée en deux chemins, l'un est connecté à la borne d'entrée en phase de l'ampli opérationnel, et l'autre est connecté à la résistance PT1000 A à travers le filtre de type T S1. La sortie de l'ampli opérationnel est connectée à l'entrée inverseuse pour former un suiveur de tension, et l'entrée inverseuse est connectée au port de terre du régulateur de tension pour garantir que la tension à l'entrée inverseuse est toujours nulle.. A cette époque, le courant circulant à travers R1 est constant de 0,5 mA. Le régulateur de tension utilise AD586TQ/883B, et l'ampli op utilise OP467A.

Après passage au filtre S2, une extrémité A de la résistance PT1000 est divisée en deux chemins, un à travers la résistance R4 comme extrémité d'entrée de tension différentielle D, et un via la résistance R2 vers AGND; après passage au filtre S3, l'autre extrémité B de la résistance PT1000 est divisée en deux chemins, un à travers la résistance R5 comme extrémité d'entrée de tension différentielle E, et un via la résistance R3 vers AGND. D et E sont connectés via le condensateur C3, D est connecté à AGND via le condensateur C1, et E est connecté à AGND via le condensateur C2.
La résistance de R4 et R5 est de 4,02k ohms, la résistance de R1 et R2 est de 1M ohms, la capacité de C1 et C2 est de 1000pF, et la capacité de C3 est de 0,047 uF. R4, R5, C1, C2, et C3 forment ensemble un réseau de filtres RFI, qui complète le filtrage passe-bas du signal d'entrée, et les objets à filtrer incluent les interférences en mode différentiel et les interférences en mode commun transportées dans le signal différentiel d'entrée. Le calcul de la fréquence de coupure de -3 dB des interférences en mode commun et des interférences en mode différentiel transportées dans le signal d'entrée est indiqué dans la formule:

Remplacement de la valeur de résistance dans le calcul, la fréquence de coupure en mode commun est de 40 kHz, et la fréquence de coupure du mode différentiel est de 2,6 KHZ.
Le point final B est connecté à AGND via le filtre S4. Parmi eux, les bornes de masse du filtre de S1 à S4 sont toutes connectées à la masse de blindage de l'avion. Étant donné que le courant circulant à travers le PT1000 est de 0,05 mA, la valeur précise de la résistance du PT1000 peut être calculée en mesurant la tension différentielle aux deux extrémités de D et E.
S1 à S4 utilisent des filtres de type T, modèle GTL2012X‑103T801, avec une fréquence de coupure de 1M±20%. Ce circuit introduit des filtres passe-bas sur les lignes d'interface externe et effectue un filtrage RFI sur la tension différentielle.. Comme circuit de prétraitement pour PT1000, il élimine efficacement les interférences électromagnétiques et radiofréquences, ce qui améliore grandement la fiabilité des valeurs collectées. En outre, la tension est directement mesurée aux deux extrémités de la résistance PT1000, éliminant l'erreur causée par la résistance du fil et améliorant la précision de la valeur de résistance.

5.2 Filtre de type T
Le filtre de type T se compose de deux inductances et condensateurs. Les deux extrémités ont une haute impédance, et ses performances de perte d'insertion sont similaires à celles du filtre de type π, mais il n'est pas sujet à “sonnerie” et peut être utilisé dans les circuits de commutation.