PT100/PT1000 온도 획득 회로 솔루션

1. PT100 및 PT1000 온도 저항 변화표
니켈과 같은 금속 열 저항기, 구리 및 백금 저항기는 온도에 따른 저항 변화와 양의 상관 관계를 갖습니다.. 백금은 가장 안정적인 물리적, 화학적 특성을 가지며 가장 널리 사용되는 금속입니다.. 일반적으로 사용되는 백금 저항기 Pt100의 온도 측정 범위는 -200~850 ℃입니다.. 게다가, Pt500의 온도 측정 범위, Pt1000, 등. 순차적으로 감소. Pt1000, 온도 측정 범위 -200~420 ℃. IEC751 국제 표준에 따르면, 백금 저항기 Pt1000의 온도 특성은 다음 요구 사항을 충족합니다.:

Pt1000 온도 특성 곡선

Pt1000 온도 특성 곡선에 따르면, 저항 특성 곡선의 기울기는 정상 작동 온도 범위 내에서 거의 변하지 않습니다. (그림과 같이 1). 선형 피팅을 통해, 저항과 온도 사이의 대략적인 관계는 다음과 같습니다.:

1.1 PT100 온도 저항 변화 테이블

PT100 온도 저항 변화 테이블

1.2 PT1000 온도 저항 변화 테이블

PT1000 온도 저항 변화표

2. 일반적으로 사용되는 획득 회로 솔루션

2.1 저항기 전압 분배 출력 0~3.3V/3V 아날로그 전압

단일 칩 AD 포트 직접 획득
온도 측정 회로 전압 출력 범위는 0~3.3V입니다., PT1000 (PT1000 저항 값이 크게 변경됩니다., 온도 측정 감도는 PT100보다 높습니다.; PT100은 대규모 온도 측정에 더 적합합니다.).

저항기 전압 분배기는 0~3.3V 3V 아날로그 전압을 출력합니다.

가장 간단한 방법은 전압 분할 방법을 사용하는 것입니다.. 전압은 TL431 전압 기준 소스 칩에 의해 생성된 전압 기준 소스 4V입니다., 또는 REF3140을 사용하여 기준 소스로 4.096V를 생성할 수 있습니다.. 참조 소스 칩에는 REF3120도 포함되어 있습니다., 3125, 3130, 3133, 그리고 3140. 이 칩은 SOT-32 패키지와 5V 입력 전압을 사용합니다.. 필요한 기준 전압에 따라 출력 전압을 선택할 수 있습니다.. 물론, MCU AD 포트의 정상 전압 입력 범위에 따라, 3V/3.3V를 초과할 수 없습니다..

2.2 저항기 전압 분할 출력 0~5V 아날로그 전압 MCU AD 포트 직접 획득.
물론, 일부 회로는 5V MCU 전원 공급 장치를 사용합니다., PT1000의 최대 작동 전류는 0.5mA입니다., 따라서 구성 요소의 정상적인 작동을 보장하려면 적절한 저항 값을 사용해야 합니다..
예를 들어, 위의 전압 분배 회로도에서 3.3V가 5V로 대체되었습니다.. 이것의 장점은 5V 전압 분배가 3.3V보다 더 민감하다는 것입니다., 획득이 더 정확합니다. 기억하다, 이론적으로 계산된 출력 전압은 +5V를 초과할 수 없습니다.. 그렇지 않으면, MCU에 손상을 줄 수 있습니다..

2.3 가장 일반적으로 사용되는 브리지 측정
R11, R12, R13 및 Pt1000은 측정 브리지를 형성하는 데 사용됩니다., 여기서 R11=R13=10k, R12=1000R 정밀 저항기. Pt1000의 저항값이 R12의 저항값과 같지 않을 때, 브리지는 mV 레벨의 전압차 신호를 출력합니다.. 이 전압차 신호는 계측기 증폭기 회로에 의해 증폭되어 원하는 전압 신호를 출력합니다.. 이 신호는 AD 변환 칩 또는 마이크로 컨트롤러의 AD 포트에 직접 연결될 수 있습니다..

R11, R12, R13 및 Pt1000은 측정 브리지를 형성하는 데 사용됩니다.

이 회로의 저항 측정 원리:
1) PT1000은 서미스터입니다.. 온도가 변하면서, 저항은 기본적으로 선형적으로 변합니다..
2) ~에 0 도, PT1000의 저항은 1kΩ입니다., 그러면 Ub와 Ua는 같습니다., 그건, 우바 = 우바 – 하다 = 0.
3) 특정 온도에서 가정하면, PT1000의 저항은 1.5kΩ입니다., 그러면 Ub와 Ua는 동일하지 않습니다.. 전압 분배 원리에 따르면, Uba = Ub임을 알 수 있습니다. – 하다 > 0.
4) OP07은 연산 증폭기입니다., 전압 이득 A는 외부 회로에 따라 달라집니다., 여기서 A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07의 출력 전압 Uo = Uba * ㅏ. 따라서 전압계를 사용하여 OP07의 출력 전압을 측정하면, Uab의 가치를 추론할 수 있습니다.. Ua는 알려진 값이므로, 우리는 Ub의 가치를 더 계산할 수 있습니다. 그 다음에, 전압분할 원리를 이용하여, PT1000의 비저항 값을 계산할 수 있습니다.. 이 프로세스는 소프트웨어 계산을 통해 달성할 수 있습니다..
6) 어떤 온도에서든 PT1000의 저항값을 안다면, 현재 온도를 알기 위해서는 저항 값을 기반으로 테이블을 조회하면 됩니다..

2.4 정전류원
열 저항의 자체 발열 효과로 인해, 저항을 통해 흐르는 전류는 가능한 한 작아야 합니다.. 일반적으로, 전류는 10mA 미만일 것으로 예상됩니다.. 백금 저항기 PT100의 자체 발열이 확인되었습니다. 1 mW는 0.02-0.75℃의 온도 변화를 일으킵니다.. 그러므로, 백금 저항기 PT100의 전류를 줄이면 온도 변화도 줄일 수 있습니다.. 하지만, 전류가 너무 작은 경우, 소음 간섭에 취약합니다, 따라서 그 값은 일반적으로 0.5-2 엄마, 따라서 정전류 소스 전류는 1mA 정전류 소스로 선택됩니다..

칩은 정전압 소스 칩 TL431로 선택됩니다., 그런 다음 전류 네거티브 피드백을 사용하여 정전류 소스로 변환됩니다.. 회로는 그림에 나와 있습니다.

그 중, 연산 증폭기 CA3140은 전류 소스의 부하 용량을 향상시키는 데 사용됩니다., 출력 전류의 계산 공식은 다음과 같습니다.:

저항은 다음과 같아야합니다. 0.1% 정밀 저항기. 최종 출력 전류는 0.996ma입니다., 그건, 정확성은 0.4%.

정전류원회로는 다음과 같은 특성을 가져야 한다.

정전압 소스 칩 TL431을 선택하십시오.

온도 안정성: 당사의 온도 측정 환경은 0~100℃이므로, 전류 소스의 출력은 온도에 민감하지 않아야 합니다.. TL431은 온도 계수가 매우 낮고 온도 드리프트가 낮습니다..

좋은 부하 조절: 전류 리플이 너무 큰 경우, 읽기 오류가 발생합니다. 이론적 분석에 따르면, 입력 전압은 100-138.5mV 사이에서 다양하기 때문에, 온도 측정 범위는 0-100℃입니다., 온도 측정 정확도는 섭씨 ±1도입니다., 따라서 주변 온도가 1℃ 올라갈 때마다 출력 전압은 38.5/100=0.385mV씩 변해야 합니다.. 전류 변동이 정확도에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 가장 극단적인 경우를 생각해보자, ~에 100 섭씨 온도, PT100의 저항값은 138.5R이어야 합니다.. 그러면 전류 리플은 0.385/138.5=0.000278mA 미만이어야 합니다., 그건, 부하 변경 중 전류 변경은 0.000278mA 미만이어야 합니다.. 실제 시뮬레이션에서는, 현재 소스는 기본적으로 변경되지 않습니다..
3. AD623 획득 회로 솔루션

AD623 획득 PT1000 회로 솔루션

원리는 위의 브리지 측정 원리를 참조할 수 있습니다..
저온 획득:

고온 획득

4. AD620 획득 회로 솔루션

AD620 PT100 획득 솔루션

AD620 PT100 획득 솔루션 고온 (150°):

AD620 PT100 획득 솔루션 저온 (-40°):

AD620 PT100 획득 솔루션 실온 (20°):

5. PT100 및 PT1000 간섭 방지 필터링 분석

일부 단지의 온도 획득, 가혹하거나 특수한 환경은 큰 간섭을 받기 쉽습니다., 주로 EMI와 REI를 포함.

예를 들어, 모터 온도 획득 응용 분야, 모터 제어 및 모터의 고속 회전으로 인해 고주파 방해가 발생함.

또한 항공 및 우주 비행체 내부에는 수많은 온도 제어 시나리오가 있습니다., 전력 시스템과 환경 제어 시스템을 측정하고 제어하는 ​​시스템. 온도 제어의 핵심은 온도 측정입니다.. 서미스터의 저항은 온도에 따라 선형적으로 변할 수 있으므로, 백금 저항을 사용하여 온도를 측정하는 것은 효과적인 고정밀 온도 측정 방법입니다.. 주요 문제점은 다음과 같습니다:
1. 리드선에 저항이 쉽게 도입됩니다., 따라서 센서의 측정 정확도에 영향을 미칩니다.;
2. 일부 강한 전자기 간섭 환경에서, 간섭은 계측기 증폭기에 의해 정류된 후 DC 출력으로 변환될 수 있습니다.
오프셋 오류, 측정 정확도에 영향을 미치는.
5.1 항공우주 항공 PT1000 획득 회로

항공우주 항공 PT1000 획득 회로

특정 항공의 전자기 간섭 방지를 위한 공중 PT1000 획득 회로 설계를 참조하십시오..

필터는 획득 회로의 가장 바깥쪽 끝에 설정됩니다.. PT1000 획득 전처리 회로는 항공 전자 장비 인터페이스의 전자기 간섭 전처리에 적합합니다.;
구체적인 회로는:
+15V 입력 전압은 전압 조정기를 통해 +5V 고정밀 전압 소스로 변환됩니다., +5V 고정밀 전압 소스는 저항 R1에 직접 연결됩니다..
저항 R1의 다른 쪽 끝은 두 개의 경로로 나뉩니다., 하나는 연산 증폭기의 동위상 입력에 연결됨, 다른 하나는 T형 필터 S1을 통해 PT1000 저항 A 끝에 연결됩니다.. 연산 증폭기의 출력은 반전 입력에 연결되어 전압 팔로워를 형성합니다., 반전 입력은 동위상 입력의 전압이 항상 0이 되도록 전압 조정기의 접지 포트에 연결됩니다.. S2 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 한쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다, 한 경로는 저항 R4를 통해 차동 전압 입력 단자 D로 사용됩니다., 다른 경로는 저항 R2를 통해 AGND에 연결됩니다.. S3 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 다른 쪽 끝 B는 두 개의 경로로 나뉩니다., 한 경로는 저항 R5를 통해 차동 전압 입력 단자 E로 사용됩니다., 다른 경로는 저항 R3을 통해 AGND에 연결됩니다.. D와 E는 커패시터 C3을 통해 연결됩니다., D는 커패시터 C1을 통해 AGND에 연결됩니다., E는 커패시터 C2를 통해 AGND에 연결됩니다.; PT1000의 정확한 저항값은 D와 E 사이의 차동 전압을 측정하여 계산할 수 있습니다..

+15V 입력 전압은 전압 조정기를 통해 +5V 고정밀 전압 소스로 변환됩니다.. +5V는 R1에 직접 연결됩니다.. R1의 다른 쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다., 하나는 연산 증폭기의 동위상 입력 단자에 연결됩니다., 다른 하나는 T형 필터 S1을 통해 PT1000 저항 A에 연결됩니다.. 연산 증폭기의 출력은 반전 입력에 연결되어 전압 팔로워를 형성합니다., 반전 입력은 반전 입력의 전압이 항상 0이 되도록 전압 조정기의 접지 포트에 연결됩니다.. 이때, R1을 통해 흐르는 전류는 0.5mA로 일정합니다.. 전압 조정기는 AD586TQ/883B를 사용합니다., 연산 증폭기는 OP467A를 사용합니다..

S2 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 한쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다, 차동 전압 입력 끝 D로 저항 R4를 통해 하나, 하나는 저항 R2를 통해 AGND로 연결됩니다.; S3 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 다른 쪽 끝 B는 두 개의 경로로 나뉩니다., 차동 전압 입력 끝 E로 저항 R5를 통해 하나, 하나는 저항 R3을 통해 AGND로 연결됩니다.. D와 E는 커패시터 C3을 통해 연결됩니다., D는 커패시터 C1을 통해 AGND에 연결됩니다., E는 커패시터 C2를 통해 AGND에 연결됩니다..
R4 및 R5의 저항은 4.02kΩ입니다., R1과 R2의 저항은 1M 옴입니다., C1과 C2의 커패시턴스는 1000pF입니다., C3의 커패시턴스는 0.047uF입니다.. R4, R5, C1, C2, C3은 함께 RFI 필터 네트워크를 형성합니다., 입력 신호의 저역 통과 필터링을 완료합니다., 필터링 대상에는 입력 차동 신호에 포함된 차동 모드 간섭과 공통 모드 간섭이 포함됩니다.. 입력 신호에 전달되는 공통 모드 간섭과 차동 모드 간섭의 -3dB 차단 주파수 계산은 다음 공식에 나와 있습니다.:

저항값을 계산에 대입, 공통 모드 차단 주파수는 40kHZ입니다., 차동 모드 차단 주파수는 2.6KHZ입니다..
끝점 B는 S4 필터를 통해 AGND에 연결됩니다.. 그 중, S1에서 S4까지의 필터 접지 단자는 모두 항공기 차폐 접지에 연결됩니다.. PT1000을 통해 흐르는 전류는 0.05mA로 알려져 있습니다., PT1000의 정확한 저항값은 D와 E 양단의 차동전압을 측정하여 계산할 수 있습니다..
S1~S4는 T형 필터를 사용합니다., 모델 GTL2012X‑103T801, 차단 주파수 1M±20%. 이 회로는 외부 인터페이스 라인에 저역 통과 필터를 도입하고 차동 전압에 대해 RFI 필터링을 수행합니다.. PT1000의 전처리 회로로, 전자기 및 RFI 방사 간섭을 효과적으로 제거합니다., 이는 수집된 값의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.. 게다가, 전압은 PT1000 저항의 양쪽 끝에서 직접 측정됩니다., 리드 저항으로 인한 오류를 제거하고 저항 값의 정확성을 향상시킵니다..

5.2 T형 필터
T형 필터는 2개의 인덕터와 커패시터로 구성됩니다.. 양쪽 끝이 높은 임피던스를 가짐, 삽입 손실 성능은 π형 필터와 유사합니다., 하지만 그럴 경향은 없다. “울리는” 스위칭 회로에 사용할 수 있습니다..