PT100/PT1000 temperatuurregistratiecircuitoplossing

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Metalen thermische weerstanden zoals nikkel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change in resistance with temperature. Platina heeft de meest stabiele fysische en chemische eigenschappen en is het meest gebruikt. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistor Pt100 is -200～850 ℃. In aanvulling, the temperature measurement ranges of Pt500, Pt1000, enz. zijn achtereenvolgens verminderd. Pt1000, temperature measurement range -200～420 ℃. Volgens de IEC751 International Standard, De temperatuurkarakteristieken van de platina -weerstand PT1000 voldoen aan de volgende vereisten:

PT1000 temperatuurkarakteristiek curve

Volgens de PT1000 -temperatuurkarakteristiekcurve, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (zoals weergegeven in figuur 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 PT100 Temperatuurweerstand Wijziging Tabel

PT100 Temperatuurweerstand Wijziging Tabel

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Veelgebruikte oplossingen voor acquisitiecircuit

2.1 Resistor voltage division output 0~3.3V/3V analog voltage

Single-chip AD port direct acquisition
Het temperatuurmetingscircuitspanningsuitgangsbereik is 0 ~ 3,3V, PT1000 (PT1000 weerstandswaarde verandert sterk, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 is meer geschikt voor grootschalige temperatuurmeting).

Resistor voltage divider outputs 0~3.3V 3V analog voltage

De eenvoudigste manier is door de methode van de spanningsverdeling te gebruiken. The voltage is the voltage reference source 4V generated by the TL431 voltage reference source chip, or REF3140 can be used to generate 4.096V as the reference source. The reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, En 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. De uitgangsspanning kan worden geselecteerd volgens de vereiste referentiespanning. Natuurlijk, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, Het kan niet hoger zijn dan 3V/3.3V.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
Natuurlijk, some circuits use 5V MCU power supply, and the maximum operating current of PT1000 is 0.5mA, so appropriate resistance value should be used to ensure the normal operation of the components.
Bijvoorbeeld, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced with 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than 3.3V, and the acquisition is more accurate. Herinneren, De theoretische berekende uitgangsspanning kan niet hoger zijn dan +5V. Anders, it will cause damage to the MCU.

2.3 De meest gebruikte brugmeting
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, waar r11 = r13 = 10k, R12=1000R precision resistors. Wanneer de weerstandswaarde van PT1000 niet gelijk is aan de weerstandswaarde van R12, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Dit spanningsverschilsignaal wordt versterkt door het instrumentversterkercircuit en voert het gewenste spanningssignaal uit. This signal can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measurement bridge

Het principe van weerstandsmeting van dit circuit:
1) PT1000 is een thermistor. Naarmate de temperatuur verandert, the resistance changes basically linearly.
2) Bij 0 graden, De weerstand van PT1000 is 1kΩ, dan zijn ub en ua gelijk, dat is, Uba = ub – Doen = 0.
3) Uitgaande van dat bij een bepaalde temperatuur, De weerstand van PT1000 is 1,5 kΩ, dan zijn UB en UA niet gelijk. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – Doen > 0.
4) Op07 is een operationele versterker, and its voltage gain A depends on the external circuit, waarbij a = r2/r1 = 17.5.
5) De uitgangsspanning UO van OP07 = UBA * A. Dus als we een voltmeter gebruiken om de uitgangsspanning van OP07 te meten, We kunnen de waarde van UAB afleiden. Omdat UA een bekende waarde is, We kunnen de waarde van UB verder berekenen. Dan, using the voltage division principle, We kunnen de specifieke weerstandswaarde van PT1000 berekenen. Dit proces kan worden bereikt door softwareberekening.
6) Als we de weerstandswaarde van PT1000 bij elke temperatuur kennen, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Constante stroombron
Vanwege het zelfverwarmende effect van de thermische weerstand, the current flowing through the resistor should be as small as possible. Algemeen, the current is expected to be less than 10mA. Er is geverifieerd dat het zelfverwarmen van de platinaresistor pt100 van 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Daarom, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Echter, Als de stroom te klein is, Het is vatbaar voor ruisinterferentie, so the value is generally 0.5-2 mA, Dus de constante stroombronstroom wordt geselecteerd als een 1MA -constante stroombron.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Het circuit wordt in de figuur getoond

Onder hen, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, en de berekeningsformule voor de uitgangsstroom is:

The resistor should be a 0.1% precisieweerstand. De uiteindelijke uitgangsstroom is 0,996 mA, dat is, De nauwkeurigheid is 0.4%.

Het constante stroombroncircuit moet de volgende kenmerken hebben

Select the constant voltage source chip TL431

Temperatuurstabiliteit: Omdat onze temperatuurmeetomgeving 0-100 ℃ is, De uitgang van de huidige bron mag niet gevoelig zijn voor temperatuur. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Goede load -verordening: Als de huidige rimpel te groot is, Het zal leesfouten veroorzaken. Volgens theoretische analyse, since the input voltage varies between 100-138.5mV, en het temperatuurmeetbereik is 0-100 ℃, De temperatuurmetingsnauwkeurigheid is ± 1 graad Celsius, Dus de uitgangsspanning moet veranderen met 38,5/100 = 0,385 mV voor elke 1 ℃ toename van de omgevingstemperatuur. Om ervoor te zorgen dat de huidige fluctuatie geen invloed heeft op de nauwkeurigheid, Overweeg de meest extreme zaak, bij 100 graden Celsius, De weerstandswaarde van PT100 moet 138,5r zijn. Dan moet de huidige rimpel minder zijn dan 0,385/138,5 = 0,000278 mA, dat is, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. In de daadwerkelijke simulatie, De huidige bron blijft in principe ongewijzigd.
3. AD623 Acquisition Circuit -oplossing

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Het principe kan verwijzen naar het bovenstaande brugmeetprincipe.
Acquisitie op lage temperatuur:

Acquisitie op hoge temperatuur

4. AD620 Acquisition Circuit -oplossing

AD620 PT100 acquisition solution

AD620 PT100 acquisition solution high temperature (150°):

AD620 PT100 acquisition solution low temperature (-40°):

AD620 PT100 acquisition solution room temperature (20°):

5. PT100 and PT1000 anti-interference filtering analysis

Temperatuurverwerving in sommige complex, harde of speciale omgevingen zullen onderworpen zijn aan geweldige interferentie, voornamelijk inclusief EMI en REI.

Bijvoorbeeld, bij de toepassing van motortemperatuurverwerving, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Er zijn ook een groot aantal temperatuurregelingscenario's in de luchtvaart- en ruimtevaartvoertuigen, die het energiesysteem en het milieucontrolesysteem meten en regelen. De kern van temperatuurregeling is temperatuurmeting. Omdat de weerstand van de thermistor lineair kan veranderen met de temperatuur, Het gebruik van platinaresistentie om de temperatuur te meten is een effectieve methode voor het meet van de hoge nauwkeurige temperatuur. De belangrijkste problemen zijn als volgt:
1. De weerstand op de looddraad is gemakkelijk geïntroduceerd, dus de meetnauwkeurigheid van de sensor beïnvloeden;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, De nauwkeurigheid van de meetnauwkeurigheid.
5.1 Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit

Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit

Raadpleeg het ontwerp van een Airborne PT1000-acquisitiecircuit voor anti-elektromagnetische interferentie in een bepaalde luchtvaart.

Een filter is ingesteld aan het buitenste uiteinde van het acquisitiecircuit. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar, and the +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1.
The other end of the resistor R1 is divided into two paths, Een verbonden met de in-fase-ingang van de op-amp, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de infase-ingang altijd nul is. Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, one path is used as the differential voltage input terminal D through resistor R4, and the other path is connected to AGND through resistor R2. Na het passeren van het S3 -filter, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, one path is used as the differential voltage input terminal E through resistor R5, and the other path is connected to AGND through resistor R3. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar. De +5V is rechtstreeks verbonden met R1. Het andere uiteinde van R1 is verdeeld in twee paden, one is connected to the in-phase input terminal of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A through the T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de inverterende ingang altijd nul is. Op dit moment, De stroom die door R1 stroomt, is een constante 0,5 mA. De spanningsregelaar gebruikt AD586TQ/883B, en de op -amp gebruikt op467a.

Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R4 als de differentiële spanningsingangeinde D D, en één via weerstand R2 tot Agnd; after passing through the S3 filter, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R5 als de differentiële spanningsingangeinde e, en één via weerstand R3 tot Agnd. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2.
De weerstand van R4 en R5 is 4,02k ohm, De weerstand van R1 en R2 is 1m ohm, De capaciteit van C1 en C2 is 1000 pf, en de capaciteit van C3 is 0,047UF. R4, R5, C1, C2, en C3 vormen samen een RFI -filternetwerk, which completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects to be filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. De berekening van de ‑3dB -afsnijfrequentie van de interferentie van de gemeenschappelijke modus en differentiële modus interferentie die in het ingangssignaal wordt gedragen, wordt weergegeven in de formule:

De weerstandswaarde vervangen door de berekening, De voorkomende frequentie van de gewone modus is 40 kHz, en de afsnijdfrequentie van de differentiële modus is 2,6 kHz.
Eindpunt B is verbonden met AGND via het S4 -filter. Onder hen, De filtergrondaansluitingen van S1 tot S4 zijn allemaal verbonden met de luchtafscherming van het vliegtuig. Omdat de stroom die door PT1000 stroomt, een bekende 0,05 mA is, De precieze weerstandswaarde van PT1000 kan worden berekend door de differentiële spanning aan beide uiteinden van D en E te meten.
S1 tot S4 Gebruik t-type filters, Model GTL2012X - 103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. Dit circuit introduceert low-pass filters in de externe interfacelijnen en voert RFI-filtering uit op de differentiële spanning. Als voorbewerkingscircuit voor PT1000, Het elimineert effectief elektromagnetische en RFI -stralingsinterferentie, die de betrouwbaarheid van de verzamelde waarden aanzienlijk verbetert. In aanvulling, De spanning wordt direct gemeten aan beide uiteinden van de PT1000 -weerstand, het elimineren van de fout veroorzaakt door de loodweerstand en het verbeteren van de nauwkeurigheid van de weerstandswaarde.

5.2 T-type filter
Het T-type filter bestaat uit twee inductoren en condensatoren. Beide uiteinden ervan hebben een hoge impedantie, en de prestaties van het invoegverlies zijn vergelijkbaar met die van het π-type filter, Maar het is niet vatbaar voor “rinkelen” en kan worden gebruikt bij het schakelen van circuits.